Koeling 2.0

Een multifunctionele spiegel neemt warmte uit gebouwen op en straalt die vervolgens weer de ruimte in.

Airconditioning is in de VS vandaag goed voor bijna 15 procent van alle in gebouwen verbruikte energie. De volgende decennia kan het aantal dagen met recordtemperaturen wereldwijd nog toenemen. Deze twee gegevens plaatsen ons voor een lastig probleem: hoe kunnen we onze huizen en werkplaatsen in een warmer wordende wereld koelen en ons energieverbruik toch verlagen?

Onderzoekers van Stanford University zeggen dat een deel van de oplossing bestaat uit een materiaal dat overtollige warmte uit zonovergoten gebouwen haalt, en die warmte weer de ruimte instuurt. Het basisconcept, bekend als radiatieve koeling, ontstond in de jaren 1980. Toen ontdekten ingenieurs dat bepaalde soorten met metaalverf geschilderde daken hitte uit gebouwen halen en die warmte – in golflengten die onbelemmerd doorheen de aardse atmosfeer gaan – weer de ruimte in sturen. Radiatieve koeling bleek nooit overdag te werken, maar dat kwam doordat niemand een materiaal had ontwikkeld dat zowel thermale energie uitstraalt als zonlicht reflecteert. Dat reflecteren is cruciaal: als een materiaal zonlicht absorbeert, dan doet zonnewarmte alle koeling die door thermale radiatie kan worden bereikt, teniet.  

Om het probleem om te lossen ontwikkelde het team van Stanford een materiaal wat een bijzonder efficiënte spiegel blijkt te vormen. Bij tests op het dak van hun laboratorium, bleek het materiaal – bestaande uit lagen van hafniumdioxide en siliciumdioxide op een basis van zilver, titanium en silicium – 97 procent van het zonlicht te weerkaatsen. De atomen van het siliciumdioxide gedragen zich als kleine antennes. Ze absorberen hitte uit de lucht aan één kant van het paneel en zenden aan de andere kant ervan thermale radiatie uit. Het materiaal straalt warmte uit in golflengten tussen 8 en 13 nanometer. De atmosfeer van onze planeet is voor deze golflengten transparant. Daardoor wordt de lucht rond een gebouw niet te zeer opgewarmd en kan de hitte boven de atmosfeer verdwijnen.

Shanhui Fan, als ingenieur elektrotechniek verbonden aan Stanford en hoofdauteur van een in 2014 in Nature verschenen artikel dat zijn werk beschrijft, denkt aan panelen van het materiaal die hele daken van gebouwen bedekken. Terwijl het dak dan continu warmte afstoot, kan de airconditioning van het gebouw het rustiger aan doen en minder energie verbruiken.

Er zijn nog andere toepassingen denkbaar. Verwijder de spiegelende component en koppel het materiaal bijvoorbeeld aan zonnecellen. De zonnecellen zouden gekoeld worden terwijl ze toch licht opvangen, en op die manier efficiënter werken. ‘Het is boeiend zich voor te stellen hoe we, door deze enorme thermodynamische bron aan te boren, het universum als een koelplaat kunnen zien’, zegt Fan. ‘We beginnen nu nog maar net de mogelijkheden van deze nog te weinig onderzochte hernieuwbare energiebron in te zien.’ (rn)