Wer am Abend eines heißen Sommertages schon einmal barfuß über den Asphalt gelaufen ist, kennt das Phänomen, dem sich Wissenschaftler der Universität Tokio nun gewidmet haben: Materialien wie Asphalt, Beton oder Ziegelsteine speichern Hitze und geben sie nur langsam wieder an die Umwelt ab.
Ein Graduiertenkolleg unter Leitung des Chemieprofessors Shin-ichi Ohkoshi hat sich nun Gedanken dazu gemacht, wie sich die Speicherfähigkeit solcher Stoffe nutzbar machen lassen kann. Bislang ist das nämlich nicht ohne Weiteres möglich: „Gemeinhin erhältliche Wärmespeichermaterialien können die Energie gewöhnlich nicht über einen längeren Zeitraum konservieren“, schreiben die Wissenschaftler in ihrem kürzlich im Fachmagazin Nature Communications erschienen Aufsatz.
Ein Material hingegen, das die Thermalenergie auch langfristig erhalten könne, würde ein sehr viel größeres Wärmespeicher-Potenzial bieten – gerade in Zeiten, in denen Energiesparen immer relevanter würde, heißt es weiter.
Einen ersten Schritt in Richtung eines solchen Stoffes, der in Zukunft beispielsweise in Solarkraftwerken, aber auch in der Industrie zum Einsatz kommen könnte, glauben die Wissenschaftler nun getan zu haben. Sie tauften ihre Entwicklung Wärmespeicherkeramik – durchaus eingängiger als die wissenschaftliche Bezeichnung stripe-type-lambda-trititanium-pentoxid.
Umweltfreundlich, aber noch nicht marktreifDas Material bestehe nur aus Titan- und Sauerstoffatomen, sei damit umweltfreundlich und habe die Kapazität, große Mengen Thermalenergie aufzunehmen (bis zu 230 kJ L−1), schreiben die Forscher.
Die Wege, wie die Wärme in die Keramik kommt, seien dabei vielfältig. Im Paper heißt es, man sei nicht darauf festgelegt, das Material direkt einer externen Wärmequelle auszusetzen. Genauso sei denkbar, den Speicher mit Licht zu bestrahlen oder ihn aufzuladen, indem man Strom durch ihn leite.
Einmal aufgenommen, halte die Keramik die Energie, bis der Speicher stark genug unter Druck gesetzt werde: Die Autoren sprechen von 60 Megapascal (das entspricht 600 Bar), die nötig seien, um eine sogenannte Transition einzuleiten. Das heißt, der Stoff verändert sich – in diesem Fall zu beta-trititanium-pentoxide – und gibt die Wärmeenergie wieder ab.
Langfristig hoffen die Forscher, mithilfe des Materials bislang ungenutzt abgegebene Wärme bei Industrieprozessen einsparen zu können. Auch in Solarpanelen oder in elektronischen Geräten wie Computern könnte die Wärmespeicherkeramik verbaut werden. Allerdings – da sind die Forscher realistisch – nicht in absehbarer Zeit.
