Wenn die Sonne auf Gebäude trifft, ist es vor allem das für das menschliche Auge unsichtbare ultraviolette und nah infrarote Licht, das durch das Glas dringt und Räume von innen heraus aufheizt. Wenn es also gelänge, diese Wellenlängen mindestens auszusperren, wäre potenzieller Kühlungsbedarf deutlich eingeschränkt.
Noch besser wäre es natürlich, wenn die eingesetzte Beschichtung die Wärme von der Fensteroberfläche in einer Wellenlänge abstrahlt, die durch die Atmosphäre in den Weltraum gelangen kann. Im Kontext des sich verschärfenden Klimawandels, mit steigenden Temperaturen und zeitgleich teurer werdender Energie, dürfte eine solche Erfindung sich hoher Nachfrage erfreuen.
KI und Quantencomputer rechnen unzählige Modelle durch
Was zunächst utopisch klingt, ist aber genau das, was einem gemeinsamen Team der University of Notre Dame im US-Bundesstaat Indiana und der Kyung Hee University in Korea gelungen ist. Die Forschenden unter Leitung von Eungkyu Lee und Tengfei Luo fanden mithilfe eines Quantencomputers und unter Einsatz einer künstlichen Intelligenz eine Beschichtungstechnologie, die die Temperatur in Gebäuden senken soll, ohne dafür ein einziges Watt Energie zu verbrauchen.
Die Forschenden nennen ihre Erfindung den „transparenten Strahlungskühler“ (transparent radiative cooler, TRC). Um ihn zu entwickeln, konstruierte das Team Computermodelle aus abwechselnden dünnen Schichten gängiger Materialien wie Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid oder Titandioxid auf einer Glasplatte, die schlussendlich mit einem Film aus Polydimethylsiloxan überzogen wurden.
Dann optimierten sie iterativ die Art, die Reihenfolge und die Kombination der Schichten auf der Basis maschinellen Lernens unter Verwendung eines Quantencomputers. So entstand ein Beschichtungsdesign, das die Leistung herkömmlich konzipierter TRC übertrifft und den zusätzlichen Vorteil hat, dass sichtbares Licht durchgelassen wird.
Stromverbrauch um bis zu 31 Prozent gesenkt
Die Forschenden haben errechnet, dass das optimierte Design besonders in heißen und trockenen Städten den Kühlenergieverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Fenstern um 31 Prozent senken könne. Zugleich weisen sie darauf hin, dass ihre Erkenntnisse auch auf andere Anwendungen – etwa bei der Herstellung von Fahrzeugfenstern – übertragbar seien.
Zu guter Letzt sei das Verfahren aus KI und Quantencomputer auch für die Entwicklung anderer Arten von Verbundwerkstoffen tauglich. Ihre Erkenntnisse haben die Forschenden am Mittwoch in der Zeitschrift ACS Energy Letters publiziert.
