Keramischer Stadt-Kühler

Das uralte Prinzip der Verdunstungskühlung wird von der Grazer TU-Professorin Milena Stavric und ihrem Team, Kristijan Ristoski und Julian Jauk, dazu genutzt, um eine energieeffiziente Kühlung für außen, aber auch für innen, zu schaffen, was angesichts der jüngsten Hitzewellen eine Segens-Nachricht bedeutet.

„Die 3D-gedruckten Würfel mit cirka 23 Zentimeter Seitenlänge aus hochporöser Keramik nutzen das physikalische Prinzip, das besonders in heißen und trockenen Regionen der Erde bestens bekannt ist: die Verdunstungskühlung“, erklärt Stavric und fügt hinzu. „Wenn Wasser verdunstet, entzieht es der Umgebung Wärme, wodurch die Luft abkühlt. Das funktioniert schon seit Jahrhunderten bei Tonkrügen ebenso wie in traditionellen Windtürmen. Der entscheidende technologische Fortschritt liegt hier im Einsatz des 3D-Drucks, mit dem wir hochkomplexe, poröse und funktionsoptimierte Geometrien aus Tongemischen herstellen“, so die Forscherin.

Verwendet wird Ton der deutschen Spezial-Firma Goerg & Schneider, um für die wissenschaftlichen Untersuchungen „vergleichbare und reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten“, erläutert die Professorin. Zur weiteren Steigerung der Kühlleistung experimentiert das Team im institutseigenen „Shape-Lab“ mit bio-inspirierten Ansätzen: Dem Ton werden Pilzkulturen sowie Holzspäne als Nährmedium beigemengt. „Das Myzel – das fadenförmige Pilzgeflecht – wächst in das Material hinein und bildet ein feines Netzwerk. Das Ton-Pilz-Gemisch wird 3D-gedruckt und gebrannt, wobei das Pilzmyzel und die Holzspäne verbrennen und dabei ein Netzwerk aus Mikro- und Makroporen hinterlassen, durch das sich das Wasser im Inneren des Würfels besonders gut verteilen kann“, erläutert die Forscherin.

Bei der Entwicklung neuer Materialmischungen ist das Team auch auf den Schlamm des Neusiedler Sees gestoßen, der regelmäßig ausgebaggert werden muss. Diese Sedimente könnten künftig als nachhaltiges Baumaterial aus dem 3D-Drucker in ressourcenschonende Bauprozesse integriert werden.

Ein erster Praxistest im heißen Dachgeschoß der TU Graz hat eine deutliche Wirkung gezeigt: In unmittelbarer Umgebung des mit Wasser befüllten Würfels wurde eine Temperaturabsenkung von knapp sieben Grad Celsius gemessen. „Im gesamten Raum war die Kühlwirkung deutlich spürbar“, sagt Kristijan Ristoski, der im Rahmen seiner Master-Arbeit die Würfel mit einem steuerbaren Wasserkreislauf zu der nun vorgestellten Kühlwand kombiniert hat.

Eine zwei mal zwei Meter große Demowand aus Ton am Campus Neue Technik der TU Graz kann bereits besichtigt und ihre kühlende Wirkung erlebt werden. „Die Keramikwände bieten eine ressourcenschonende Alternative zu energieintensiven Kühlsystemen und eignen sich für Wohn- und Bürogebäude ebenso wie für Schulen, öffentliche Plätze oder Wartebereiche. „Unser Ziel ist es, Kühlung dort bereitzustellen, wo Menschen besonders unter Hitze leiden – etwa in Städten, wo Kühlung durch Bäume teilweise kaum möglich ist. Dafür setzen wir auf natürliche Kühlprinzipien statt auf energieintensive Klimatechnik“, sagt Milena Stavric.