Als Sonnenkollektoren an einem kürzlichen Morgen die Wintersonne vom Dach des North Market verschlangen, strahlte ein neuer Satz von Paneelen in der Nähe Strom direkt in den Himmel.
Ausgestattet mit einer von 3M hergestellten Folie, die Temperaturen ohne Strom senkt, können diese reflektierenden Paneele die Effizienz von stromhungrigen Kühlsystemen erheblich verbessern.
Für das Lebensmittelgeschäft in North Minneapolis – das erste in Minnesota mit einer Installation von SkyCool Systems – bedeutet das Geldersparnis. Für einen sich erwärmenden Planeten bedeutet dies, dass die Treibhausgasemissionen reduziert werden, während der Kühlbedarf steigt.
Laut dem jüngsten UN-Klimabericht ist die Welt in den kommenden Jahrzehnten mit „unvermeidbaren vielfältigen Klimarisiken“ konfrontiert. Die Anpassung an ein verändertes Klima, in dem die Klimatisierung eine größere Rolle spielen wird, ist wichtiger geworden, da die Bemühungen zur Eindämmung der globalen Erwärmung gescheitert sind.
SkyCool und 3M arbeiten zusammen, um die Kühlplattensysteme an Lebensmittelgeschäfte und andere Benutzer zu verkaufen, die viel Strom verbrauchen, um Dinge zu kühlen – obwohl das Konzept auf andere energieeffiziente Anwendungen ausgeweitet werden könnte.
„Lebensmittelgeschäfte arbeiten mit geringen Gewinnspannen – Energieeinsparungen über 10 % sind sehr bedeutsam“, sagte 3M-Geschäftsentwicklerin Billie Pritzker. Die Panels können Einsparungen von 15 % bis 20 % bieten, sagt sie.
Klimatisierung und Kühlung verbrauchen ein Viertel des weltweiten Stromverbrauchs und tragen 7 % zu den globalen Treibhausgasemissionen bei. SkyCool behauptet, dass seine Module doppelt so viel Energie sparen können, wie Solarmodule ähnlicher Größe produzieren können.
General Manager Eli Goldstein weiß, dass die Behauptung einige Augenbrauen hochzieht.
„Es gibt immer Skepsis gegenüber neuen Technologien“, sagte Goldstein, dessen Unternehmen seinen Sitz im Silicon Valley hat. „Das ist eine Technologie, die direkt die Umgebung kühlen kann. Es ist ein ganz klares Kosten-Nutzen-Verhältnis.“
Einige große Einzelhändler testen die Panels, um ehrgeizige CO2-Reduktionsziele zu erreichen. 3M installiert die Technologie in einer seiner Fabriken in Kalifornien. Ein Rechenzentrum treibt auch die Kühlpaneele an.
„Wir können viel tun, indem wir diese hochreflektierenden Oberflächen auf Dächern haben“, sagte Goldstein. „Nun, wie integrieren Sie es in ein Produkt und an wen verkaufen Sie es? »
Wie die Technik funktioniert
Das Hightech-Teil von 3M, das wie Plastik aussieht – tatsächlich Hunderte von Nanoschichten von präziser Dicke, die zusammenarbeiten, um Sonnenenergie zu reflektieren – ist der Natur entlehnt.
„Dieselbe Struktur findet sich in den Flügeln von Schmetterlingen und Fischschuppen“, sagte der 3M-Wissenschaftler Tim Hebrink.
Die Art der Folie, die verwendet wird, um Sonnenlicht zu reflektieren und Wärme an die Atmosphäre zurückzugeben, beruht auf „passiver Strahlungskühlung“, einem weiteren natürlichen Phänomen, das beobachtet wird, wenn Frost auf Fenstern auftritt, selbst wenn die Lufttemperatur über dem Gefrierpunkt bleibt.
„Die beiden Schlüsseleigenschaften sind das Reflexionsvermögen der Sonne und das thermische Emissionsvermögen“, sagte Hebrink. „Das gibt uns die Fähigkeit, Wärme in den Himmel zu strahlen.“
SkyCool-Racks kühlen eine Flüssigkeit, die unter den Paneelen hindurchströmt und durch die Kühlsysteme gepumpt wird. Die Kühlung trägt dazu bei, die Laufzeit von Motoren in der Kälteanlage zu reduzieren, um den Stromverbrauch zu senken. Insgesamt spart das SkyCool-System etwa 100 Watt pro Quadratmeter ein, was der doppelten durchschnittlichen Leistung eines Solarpanels entspricht.
Die Folie gibt Wärme in einer bestimmten Wellenlänge ab, die es ihr ermöglicht, in den Weltraum zu entweichen – eine Eigenschaft, die genutzt werden könnte, um urbane Zentren zu kühlen, wenn die Folie auf genügend Gebäuden wäre, wie Untersuchungen zeigen.
Forscher der Arizona State University installierten im vergangenen Sommer eine passive Strahlungskühlfolie von 3M direkt über einer Bushaltestelle und stellten fest, dass sie die Lufttemperatur im Unterstand um bis zu 4 Grad kühlte.
„Aufgrund dieser positiven Ergebnisse erwägt die Stadt Tempe, Kühlfolien in das zukünftige Design von Wartehäuschen, Busdächern und anderer Beschattungsinfrastruktur zu integrieren“, gab die Universität letzten Monat bekannt.
Ein Forscherteam der University of Minnesota suchte nach Fördermitteln, um zu simulieren, wie viel 3M-Film auf den Dächern der Innenstadt von Minneapolis und St. Paul benötigt würde, um die sommerlichen Tagestemperaturen um 2 Grad zu senken.
Laut Pritzker testet 3M weitere Möglichkeiten, die Folie direkt aufzubringen, darunter Wohneinheiten auf Containerbasis und möglicherweise Batterien für Elektrofahrzeuge.
Die meisten Anwendungen waren bisher Pilotprojekte. Damit sich der Film erfolgreich an den Klimawandel anpasst oder ihn eindämmt, muss er sich verkaufen.
Treiber erweitern die Nutzung
Der gemeinnützige Eigentümer von North Market, Pillsbury United Communities, sah eine einfache Entscheidung, als 3M sich mit einer neuen Methode zur Senkung der Energiekosten in den wärmeren Monaten näherte.
„Der Hauptgrund für unsere Teilnahme ist, diese Technologie voranzubringen“, sagte Vanan Murugesan, Director of Transformation bei Pillsbury United Communities. „Kühlung ist eine der größten Ausgaben für ein Lebensmittelgeschäft – sie ist energieintensiv – und wir konnten die Gelegenheit nicht verpassen, an diesem Pilotprojekt teilzunehmen und diese Technologie zu fördern.“
Abhängig von der Höhe der Energieeinsparungen könnte dies dazu beitragen, die steigenden Lebensmittelpreise zu kontrollieren, sagte er.
Das Bundesministerium für Energie sagt, dass jedes Jahr weltweit 300 Milliarden US-Dollar für Kühlsysteme ausgegeben werden, und die Umweltauswirkungen könnten in den nächsten Jahrzehnten um eine Größenordnung zunehmen, da die Entwicklungsländer beginnen werden, mehr Klimaanlagen zu verwenden, und Rechenzentren dies auch weiterhin tun werden gebaut.
„Derzeit stammen 1 Gigatonne CO2-Emissionen pro Jahr aus Strom, der für Kühlanwendungen benötigt wird“, so die Advanced Research Projects Agency der Abteilung. „Dies wird bis 2050 auf über 10 Gigatonnen CO2-Emissionen pro Jahr steigen, wenn keine verbesserten Kühltechnologien entwickelt werden.“
Im Jahr 2018 gewährte die Agentur 3M mehr als 2,7 Millionen US-Dollar für die Verfeinerung des passiven Strahlungskühlfilms, der erstmals von Forschern der Stanford University entwickelt wurde. Im vergangenen Jahr stellte SkyCool einen Zuschuss in Höhe von 3,5 Millionen US-Dollar für den Einsatz der Technologie bereit.
Staatliche Unterstützung – durch Finanzierung oder Politik – kann für eine weit verbreitete Einführung der passiven Strahlungskühlung entscheidend sein. 3M Anti-Smog-Dachgranulate profitierten von einer Anforderung in Los Angeles, dass neue Häuser umweltfreundliche Dächer haben müssen.
Während 3M und SkyCool sich weigerten zu sagen, wie viel die Systeme kosten – jede Installation war ein kundenspezifisches Projekt –, sagen die Unternehmen, dass die durchschnittliche Zeit, um die Kosten durch Energieeinsparungen wieder hereinzuholen, zwei bis fünf Jahre beträgt. Die Amortisationszeit für Solarmodule beträgt durchschnittlich acht Jahre.
„Die Idee ist, dass es billiger als ein Solarpanel sein und mehr Energie sparen kann“, sagte Goldstein. „Alle profitieren.“