Gegen Hitzeinseln: Hochporöse Keramikwürfel können Städte kühlen

Innovative Kühlstrategien für urbane Räume

Angesichts zunehmender sommerlicher Hitzeperioden in dicht bebauten Städten suchen Wissenschaftler verstärkt nach passiven Lösungen, um die Temperaturen in urbanen Hitzeinseln zu senken. Ein Forschungsteam des Instituts für Architektur und Medien der Technischen Universität (TU) Graz hat hierfür einen neuartigen Ansatz entwickelt: 23 Zentimeter große Keramikwürfel, die aus dem 3D-Drucker stammen und als modulare Kühlelemente fungieren.

Funktionsweise der Verdunstungskühlung

Das Kernprinzip hinter dieser Technologie ist die Verdunstung. Die Geometrie der Würfel ist so gestaltet, dass sie große Mengen Wasser im Inneren speichern können. Gleichzeitig ist die äußere Oberfläche der Struktur maximiert, um eine möglichst effiziente Verdunstung zu ermöglichen. Da der physikalische Prozess der Wasserverdunstung der direkten Umgebung Wärme entzieht, sinkt die Temperatur in der unmittelbaren Nähe der Module.

Erste Tests unter kontrollierten Bedingungen in Innenräumen der Grazer Universität zeigten laut den Forschenden beachtliche Ergebnisse: Die Raumtemperatur konnte durch den Einsatz der Keramikstrukturen um bis zu 7 °C gesenkt werden. Aufgrund der hohen Effizienz in der direkten Umgebung eignen sich die Würfel nicht nur für geschlossene Räume, sondern auch für den Einsatz auf offenen, stark aufgeheizten Plätzen in Städten.

Optimierung durch biologische Prozesse

Um die Leistung der Keramikelemente weiter zu steigern, experimentierte das Team mit komplexen Kapillarstrukturen. Da die Möglichkeiten des 3D-Drucks bei der Feinheit der Kanäle an technische Grenzen stoßen, setzten die Forscher auf einen biologischen Umweg: Dem Ton wurden für den Druckprozess Pilzmyzel und Holzspäne beigemischt.

Nachdem das Myzel das Holz in der Struktur durchwachsen und zersetzt hatte, wurden die Würfel gebrannt. Durch diesen Prozess verbrannten sowohl das Myzel als auch die Holzreste, wodurch ein Netzwerk aus Poren unterschiedlicher Größe entstand. Diese zusätzliche Porosität verbessert die Wasserspeicherkapazität und die gleichmäßige Verteilung des Wassers auf der Oberfläche erheblich.

Perspektiven und Anwendungsszenarien

Die Technologie bietet eine ressourcenschonende Alternative zu energieintensiven Klimaanlagen. Besonders dort, wo aktive Kühlsysteme nicht praktikabel oder technisch nicht umsetzbar sind – etwa im öffentlichen Außenraum –, könnten die Keramikwände einen wertvollen Beitrag zur Hitzeminderung leisten.

Ein praktisches Beispiel für die Anwendung ist bereits auf dem Campus der TU Graz in der Stremayrgasse zu finden, wo eine Testwand aus diesen speziellen Keramikwürfeln installiert wurde. Die künftige Entwicklung wird zeigen, wie sich diese passiven Kühlsysteme in größerem Maßstab in die städtebauliche Planung integrieren lassen, um die Lebensqualität in urbanen Ballungszentren bei steigenden Sommertemperaturen zu erhalten.