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10 August 2021 / Lesezeit: 2 minuten

Bionische Klimaanlage

Wie Kamele uns umweltfreundliches Kühlen beibringen

Coole Kamele: In glühender Hitze und staubigen Landschaften fühlen sich die Wüstenschiffe wohl – denn ihre Körper haben eine bemerkenswerte eingebaute Klimaanlage. Davon können wir Menschen lernen. 

Bild: Wikimedia Commons / Iconographia Zoologica, Eva Leonhard

Bild: Wikimedia Commons / Iconographia Zoologica, Eva Leonhard

Kamele schwanken seit Jahrhunderten Güter durch die Wüsten. Dabei sorgt ihr Körper dafür, dass sie nicht überhitzen. Forschende orientieren sich daran, um ein klimafreundliches Kühlsystem zu entwickeln.

Der Boden porös und glühend heiß, die Luft staubig, die Lebensbedingungen feindlich – genau hier fühlen sich Kamele wohl. Der Tierfamilie gehören Dromedare (ein Höcker) und Trampeltiere (zwei Höcker) an. Während sich Dromedare in Saudi-Arabien und Nordafrika ausgebreitet haben, sind Trampeltiere in Zentralasien zu Hause. Niedliche Verwandte, sogenannte Neuweltkamele wie Alpakas, Vikunjas und Lamas, bevölkern die alpinen Tundras Südamerikas.

Kamele haben eine bemerkenswerte eingebaute Klimaanlage. Aus gutem Grund: In den Wüsten Zentralasiens etwa kann es im Sommer bis zu 40 Grad heiß werden und im Winter bis auf minus 30 Grad abkühlen. Ihre Höcker dienen als Sonnenschutz und Energiespeicher, denn darin lagert Fett, das Wärme kaum leitet. Wasser können sie in ihrer Blutbahn speichern. So kommen die Tiere tagelang ohne Essen und Trinken aus.

Einer ihrer Überlebensgaranten, ihr Felldrüsensystem, diente Forschenden des Massachusetts-Institut für Technologie (MIT) in Cambridge als Grundlage für ein innovatives, passives Kühlmaterial, das sie Ende 2020 im Fachmagazin Joule vorstellten. Es erfordert keine Stromzufuhr und kühlt fünfmal länger als bisherige Technologien. Medikamente und Lebensmittel ließen sich damit deutlich klimafreundlicher transportieren, so das fünfköpfige Team um Jeffrey Grossman, der die Fakultät „Materials Science and Engineering“ am MIT leitet.

Bisherige Innovationen, die ohne externe Energieversorgung temperieren können, ahmen einen Prozess nach, den fast alle Säugetiere kennen: Schweiß sammelt sich auf der Haut und verdunstet, die abgegebene Flüssigkeit wirkt kühlend. Dafür wird Hydrogel verwendet – ein chemisches Polymer, das viel Wasser binden kann und dabei wasserunlöslich bleibt. Wegen seiner biokompatiblen, gewebeähnlichen Eigenschaften kommt es vor allem in der Medizintechnik zum Einsatz, etwa zur Hydratisierung und Kühlung von Wunden, in Kontaktlinsen und Implantaten.

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Effizienz dank Fell

Kühlmaterialien, die nur aus Hydrogel bestehen, verbrauchen allerdings eine Menge Wasser und der Effekt hält nicht lange an. Tests mit geschorenen Kamelen offenbarten die entschei-dende Komponente: Fell isoliert. Ohne den haarigen Schutz geben die sogenannten Schwielensohler beim Schwitzen 50 Prozent mehr Flüssigkeit ab. Deswegen greifen die US-Forscher:innen auf Aerogel zurück: ein hochporöser, federleichter Stoff aus Kieselerde und Luft, der zur Wärmedämmung in Mauerwerk oder auch in Mars-Robotern der NASA eingesetzt wird. Das Polymer funktioniert wie Kamelfell, da es die Hitze von außen abschirmt, während Feuchtigkeit von innen durch die Poren entweichen kann.

Im MIT-Prototyp kühlen die jeweils fünf Millimeter dicken Gel-Schichten das Innere der Kammer um mehr als sieben Grad herunter, und das bis zu 200 Stunden lang. Anschließend kann der Hydrogel-Film mit Wasser aufgeladen und wiederverwendet werden.

Praktisch ist die stromlose Innovation vor allem in heißen Regionen mit schlechter Elektrizitätsversorgung. Sobald sich die Kombi-Beschichtung günstiger herstellen lässt, gibt es laut Jeffrey Grossman verschiedene Kühlanwendungen, sogar in Gebäuden. Zunächst konzentriere man sich aber auf die zuverlässige Kühlung empfindlicher, frischer Güter auf dem Weg von der Produktionsstätte zu den Konsument:innen, wie etwa Molkereiprodukte und Gemüse. Oder auch Corona-Impfstoffe.

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Bionik

Der Begriff Bionik setzt sich aus den Wörtern Biologie und Technik zusammen. Es geht um ein Forschungsfeld, das Phänomene der Natur beobachtet und analysiert, um Technologien zu optimieren oder neue zu erfinden. Die Kernidee dahinter: Pflanzen und Tiere haben bereits viele der Probleme gelöst, mit denen wir uns heute auseinandersetzen – Energiegewinnung, Lebensmittelproduktion, Klimaneutralität, Transport, Zusammenarbeit und mehr. Bekannte Vorbilder sind etwa die Lotuspflanze, deren Blattoberfläche wasserabweisend und selbstreinigend ist, und die Haut von Haien, die mit ihrer gezahnten Oberfläche eine energiesparende, schnelle Fortbewegung ermöglicht.