Elektrochrome Beschichtungen könnten entscheidend sein, um effiziente HLK zu erreichen

HVAC-Energieverbrauch lösen

HVAC, also Heizung, Lüftung und Klimatisierung, ist für einen großen Teil des weltweiten Energieverbrauchs verantwortlich, indem es im Sommer Gebäude kühlt und im Winter erwärmt. Laut EIA macht HVAC etwa 40 % des gesamten Energieverbrauchs in Gewerbegebäuden und 35 % in Wohngebäuden aus.

Es wurde viel Aufwand betrieben, um die Art und Weise zu verbessern, wie wir Gebäude kühlen und heizen. Eine zentrale Methode ist insbesondere die Einführung von Wärmepumpen, die Wärme viel effizienter in Gebäude hinein- oder heraus transportieren als konventionelle Systeme. Sie sind 2‑4 mal effizienter als Heizkessel und können auch zum Kühlen eingesetzt werden.

Mehr zum Thema Wärmepumpen finden Sie in “Warum Wärmepumpen als Top-Option für die Hausklimatisierung gelten”.

Wärmepumpen könnten sich im Laufe der Zeit ebenfalls verbessern. Derzeit basieren sie größtenteils auf einem System, das Kompression nutzt, um die Wärme zu transportieren. Bald könnten elektrokalorische Materialien die Effizienz von Wärmepumpen weiter steigern.

Eine weitere Möglichkeit, die Kosten für Kühl- und Heizenergie zu senken, besteht jedoch darin, die thermischen Verluste von vornherein zu reduzieren. Ein schlecht isoliertes Haus oder Büro lässt das HVAC‑System die Außenluft sinnlos erwärmen und kühlen.

Bessere Isolierung ist ein erster Schritt und ist meist Teil des ursprünglichen Bauentwurfs oder erfordert teure Nachrüstungen/Um‑ und Neubauten. Dennoch kann selbst Isolierung nur begrenzt helfen; neue Materialien könnten unterstützen.

Zum Beispiel können adaptive Dachziegel je nach Temperatur des Ziegels zwischen einem Heiz‑ und einem Kühlzustand wechseln.

Anpassbare Isolierung

Ein Nachteil der Verwendung von Isolierung oder automatisierten reaktiven Materialien wie adaptiven Dachziegeln ist, dass sie manchmal kontraproduktiv sein können. Idealerweise würden wir Materialien bevorzugen, die nach Belieben ein- oder ausgeschaltet werden können, um die Menge an Energie, die in das Gebäude eintritt oder es verlässt, zu modulieren.

Dies gilt besonders für das Glas, das in Fenstern verwendet wird. Im Winter möchten wir so viel Licht und Energie wie möglich ins Gebäude lassen. Im Sommer hingegen wollen wir die Energie, die das Gebäude erwärmt und die Klimaanlage doppelt so stark arbeiten lässt, begrenzen.

Aus dieser Idee entstand das Konzept der elektrochromen Folien, einer dünnen Materials­schicht, die die Beschattung der Fenster nach Belieben aktivieren kann. Bei Anlegen eines sehr kleinen elektrischen Stroms können diese Folien von transparent zu farbig wechseln und Wärme aus Infrarotstrahlung absorbieren.

Die Technologie basiert auf Metal‑Organic‑Frameworks (MOFs), Materialien mit sehr hoher Porosität (über 90 %).

Das Problem ist, dass typische MOF‑Folien bisher unter langsamen Reaktionszeiten und schlechter Stabilität litten. Das machte sie theoretisch vielversprechend, aber in der Praxis wenig nützlich.

Dies könnte sich dank eines neuen MOF‑Designs geändert haben, das von Forschern des Harbin Institute of Technology, der Quzhou University, der Chengdu University of Electronic Science and Technology und der Yangzhou University in China erfunden wurde.

Elektrisch gesteuerte Beschattungen

Das von den Forschern entwickelte elektrochrome Film funktioniert durch die Integration einer neuen Art von MOF. Oder genauer: „Modifizierung von F‑dotiertem SnO2 mit 4‑Mercaptobenzolsäure und Herstellung von Ni‑IRMOF‑74@MBA‑Folien unter Verwendung von 3,3′‑Dihydroxy‑4,4′‑Biphenyldicarbonsäure“.

Aufgrund der Fähigkeit kristalliner Substanzen, dünne Filme mit Porengrößen zu bilden, die durch Ändern der Länge des organischen Liganden, das an das Metallion bindet, angepasst werden können. Diese Eigenschaften ermöglichen einen verbesserten Stromfluss, eine präzisere Farbkontrolle und Haltbarkeit.

Das Ergebnis ist ein Film, der bei einer Spannung von 0,8 V grün und bei 1,6 V dunkelrot/braun wird.

Quelle: ACS

Der Film unterscheidet sich von früheren MOFs durch seine Stabilität (95,7 % Erhalt nach 4500 Zyklen) und eine schnelle Reaktionszeit von unter 2 Sekunden.

Es ist noch nicht klar, wie weit verbreitet die Einführung eines solchen Systems sein wird. Insgesamt ist es jedoch, angesichts der Notwendigkeit zur Dekarbonisierung und Reduzierung des Energieverbrauchs, ein weiterer Pfeil im Köcher, um Städte grüner zu machen.

Unternehmen für Dünnschichttechnologie

1. China Singyes New Materials Holdings Limited (8073.HK)

Das chinesische Unternehmen trat 2010 in das Feld der optischen Dünnschichtmaterialien ein. Es produziert multimediale kommerzielle Displaysysteme und entwickelt intelligente Dimmmaterialien für Projektionssysteme, multimediales transparentes fotoelektrisches Glas usw.

Dies umfasst Glaswände, die undurchsichtig gemacht werden können, sowie hitzebeständige Smart‑Film. Daher könnte es auch ein guter Kandidat für den Einsatz von elektrochromem Glas sein.

Quelle: China Singyes

Das Unternehmen veröffentlichte seine Finanzberichte auf Englisch, was nicht immer für kleinere oder spezialisierte chinesische Industrieunternehmen garantiert ist.

Im Jahr 2023 hat das Unternehmen seine Produktion auf Fahrzeugfolien ausgeweitet, ein boomender Sektor im Zuge des Wachstums der chinesischen Automobilindustrie und der chinesischen Autoexporte (hauptsächlich Elektrofahrzeuge).

Insgesamt ist das Unternehmen innovativ und wird wahrscheinlich von der allgemeinen wirtschaftlichen Entwicklung Chinas sowie der wachsenden Nachfrage nach fortschrittlicheren Materialien für Werbeanzeigen und Privatsphäre in Innenräumen wie Hotels und Büros profitieren.

2. Kewei Films

Ein privat notiertes Unternehmen, Kewei, ist der „größte Hersteller von ITO‑PET, Smart‑Film und Fensterfolie“ mit einer Jahresproduktionskapazität von 60 Millionen Metern.

Damit ist es Chinas größter Anbieter von Fensterfolien, Lackschutzfolien, Fahrzeugwickelfolien und Smart‑Film‑Hersteller.

Seine Fensterfolien werden bereits eingesetzt, um Kühlkosten zu senken. Außerdem produziert das Unternehmen Smart‑Glass mit einer Opazität, die nach Belieben aktiviert werden kann.

Quelle: Kewei

Angesichts des Umfangs von Kewei sollten Investoren im Smart‑Film‑Sektor das Unternehmen im Auge behalten, selbst wenn es nicht börsennotiert ist. Dies gilt besonders, wenn neue Formen von elektrochromen Beschichtungen entstehen, die den Markt erweitern und etablierten Großakteuren einen Vorteil verschaffen, indem sie ihre Größe nutzen, um Produktionskosten zu senken.