Ökologiepreis der Viktor & Sigrid Dulger Stiftung 2025
Die Heidelberger Akademie der Wissenschaften verlieh den Ökologiepreis 2025 der Viktor & Sigrid Dulger Stiftung an Gan Huang. Er hat ein neuartiges Metamaterial auf Polymerbasis für nachhaltige Kühlung entwickelt. Es schützt große Glasflächen an Häusern, indem es Blendeffekte reduziert, Wasser und Staub abweist und eine passive Kühlung durch Abstrahlung von Wärme in die Kälte des Weltraums ermöglicht - und das alles, während es das meiste sichtbare Sonnenlicht durchlässt. Das innovative Material lässt sich einfach als Beschichtung auf bestehende Glasfenster oder Dächer aufgetragen und stellt eine vielversprechende Schlüsseltechnologie für energieeffiziente Gebäude der nächsten Generation dar. Mit Gan Huang ging der Preis zum zweiten Mal in Folge an das KIT.
Der Kühleffekt wird ohne Einsatz von Elektrizität und ohne Emission von Treibhausgasen erreicht. Das Prinzip der Strahlungskühlung lässt sich im Alltag nachvollziehen, besonders im Herbst: „Wenn ein Auto nachts unter freiem Himmel steht, können die Scheiben vereisen, auch wenn die Temperatur über dem Gefrierpunkt liegt“, erklärt Gan Huang. „Die Scheiben tauschen ihre Temperatur mit dem Nachthimmel aus.“ Strahlungskühlung heißt also, Wärme durch die Atmosphäre ins Weltall zu schicken. Die Atmosphäre ist allerdings nur in einem bestimmten Bereich des Spektrums für Wärmestrahlung durchlässig – dieses Fenster gilt es zu treffen.
Das von Dr. Gan Huang entwickelte, kostengünstig aus einem Polymer hergestellte Metamaterial weist eine Pyramidenstruktur auf, lässt Sonnenlicht durch und schickt Wärme im Bereich zwischen acht und 13 Mikrometern Wellenlänge ins All. „Bei der Entwicklung haben wir uns an einem Vorbild in der Natur orientiert“, verrät der Wissenschaftler. „Die in der Sahara lebende Silberameise weist eine Behaarung auf, die Licht reflektiert und Wärme abgibt. So kann die Ameise bei extrem hohen Temperaturen überleben.“ Tests am KIT haben ergeben, dass sich dieser Effekt am besten durch ein Metamaterial mit weniger als zehn Mikrometer kleinen Pyramiden nachahmen lässt. Die Polymerfolie eignet sich zum Aufbringen auf Gebäude- und Fahrzeugdächern. Überdies kombiniert Huang die als „passive daytime radiative cooling“ (PDRC) bezeichnete Technologie synergetisch mit Hybridsolarmodulen, um die Energien der heißen Sonne und des kalten Weltalls zusammen zu nutzen und Strom, Wärme und Kälte gleichzeitig bereitzustellen.
The cooling effect is reached without using electricity and without emitting greenhouse gases. The principle of radiative cooling can be experienced in everyday life, especially in autumn: “If a car is parked outdoors at night, the windows can ice up, even if the temperature is above freezing,” the Huang explains. “The windows exchange their temperature with the night sky.” Radiative cooling, hence, means sending heat through the atmosphere into space. However, the atmosphere is only permeable to thermal radiation in a certain range of the spectrum. And this window has to be hit.
The metamaterial developed by Gan Huang and his group is produced inexpensively from a polymer, has a pyramid structure, transmits sunlight, and sends heat in the range of 8 to 13 micrometers wavelength into space. “In developing it, we took our cue from a model in nature,“ the scientist reveals. “The silver ant, which lives in the Sahara, has hair that reflects light and emits heat. This allows the ant to survive at extremely high temperatures.“ Tests at KIT have shown that this effect can best be mimicked by a metamaterial with pyramids smaller than ten micrometers. The polymer film is suitable for application to building and vehicle roofs. Moreover, Huang combines the technology called passive daytime radiative cooling (PDRC) synergistically with hybrid solar modules to harness the energies of the hot sun and cold space together to provide electricity, heating, and cooling simultaneously.