Upcycling: Von der Verpackung zur Kühlfolie Hitzeschild aus Chipstüten

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Verbundfolien aus Kunststoff und Aluminium sind dank ihrer vielseitigen Eigenschaften weit verbreitet. Doch die Kombination verschiedener Materialien in einer Folie erschwert das Recycling. Nun haben Forscher aus Bayreuth eine mögliche Upcycling-Option erprobt. Sie machen aus alten Chipstüten leistungsstarke Hitzeschilde.

Aluminium-Kunststoff-Verbundfolien – kurz APL (Aluminum-Plastic Laminates) – werden seit langem in großem Umfang eingesetzt, um die Haltbarkeit von Lebensmitteln zu verlängern, etwa bei Chips, Röst- und Pulverkaffee, Milch und Fruchtsäften. Während der Covid-19-Pandemie dienten sie auch der Verpackung von FFP2-Masken und Schnelltests. Die Folien bestehen aus mehreren Polymerschichten und einer Aluminiumschicht, welche die Produkte vor schädigenden Faktoren schützt – insbesondere vor Sonneneinstrahlung und Hitze, aber auch vor Feuchtigkeit und Sauerstoff. Das Recycling derartiger Kompositfolien ist jedoch infolge dieser Kombination verschiedener Materialien nur schwer möglich.

Nun haben Forscher der Universität Bayreuth ein neues Upcycling-Verfahren von Kartoffelchipstüten entwickelt. Damit weisen sie einen Weg, um die Verwertung von APL-Folien zu verbessern und zugleich den globalen Energieverbrauch abzusenken. Hier spielt vor allem der steigende Bedarf nach Abkühlung eine Rolle.

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Passive Kühlung spart Energie

Schon heute machen Kühlsysteme rund 15 Prozent des weltweiten Energieverbrauchs aus, und angesichts des Klimawandels und der dadurch bedingten Häufigkeit von Hitzewellen droht dieser Anteil weiterhin zu steigen. Die Aluminiumschicht von APL-Verpackungen wie den Chipstüten stellt eine gut spiegelnde Oberfläche dar – bekannt u. a. auch von Rettungsdecken. Wird nun eine klare Polymerschicht aufgetragen, die die Abstrahlung von Wärmeenergie begünstigt, ergibt sich ein leistungsstarkes Kühlsystem. Eine einfache Laminierfolie, wie sie im Bürofachhandel gebräuchlich ist, reicht als Material für die Beschichtung bereits aus.

Durch die Beschichtung entstehen Kühlfolien, die auf beliebigen Oberflächen unter freiem Himmel –etwa auf Schirmen, Jalousien und Markisen – aufgebracht werden können und so eine Aufheizung durch grelles Sonnenlicht verhindern. Gleichzeitig wird die bereits vorhandene Umgebungswärme in Richtung Weltall abgegeben, ohne dass eine externe Energiezufuhr nötig ist. Diese Effekte werden in der Forschung als „passive Tageskühlung“ bezeichnet. Sie können im Idealfall selbst bei intensiver Sonneneinstrahlung zu Temperaturen unterhalb der Umgebungstemperatur führen.

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Das leistet der Sonnenschirm aus Chipstüten

Ermöglicht wird die passive Tageskühlung dadurch, dass die verwendeten Materialien spezielle optische Anforderungen erfüllen. Sie müssen einen möglichst hohen Anteil jenes Sonnenlichts streuen oder reflektieren, das eine Wellenlänge zwischen 0,3 und 2,5 Mikrometern hat. Im Wellenlängenbereich zwischen 8 und 13 Mikrometern, dem Transparenzfenster unserer Atmosphäre, müssen sie hingegen möglichst viel Wärmeenergie in Form von Infrarotstrahlung ins Weltall aussenden.

Aluminium-Kunststoff-Verbundfolien erfüllen diese Voraussetzungen sehr gut. Am Beispiel von beschichteten handelsüblichen Kartoffelchips-Tüten haben die Bayreuther Forscher nachgewiesen: Rund 87 Prozent des Sonnenlichts werden durch die Aluminiumschicht reflektiert. Durch die zusätzliche Polymerbeschichtung der neuen nachhaltigen Kühlfolien wird die Abstrahlung im Bereich des Transparenzfensters der Atmosphäre verbessert und dadurch Wärme direkt ins Weltall abgegeben.

Nicht nur für die Industrie: Hitzeschilde selber zu Hause machen

Prof. Dr. Markus Retsch und sein Mitarbeiter Dr. Qimeng Song haben unterschiedliche Möglichkeiten erprobt, Chipstüten und andere APL-Verpackungen in effiziente Kühlmaterialien zu verwandeln. Infrage kommen industrielle Verfahren, bei denen Polydimethylsiloxan (PDMS) als Beschichtungsmaterial eingesetzt wird. Aber wie die jüngste veröffentlichte Studie zeigt, ist es auch denkbar, dass die Beschichtung künftig in Privathaushalten stattfindet. Einfache handelsübliche Laminiergeräte reichen aus, um aus alten APL-Verpackungen Kühlmaterialien herzustellen, die als Hitzeschilde auf der Terrasse, dem Balkon, an Außenwänden oder auf dem Dach montiert werden können.

Originalpublikationen:

Qimeng Song, Markus Retsch: Passive Daytime Cooling Foils for Everyone: A Scalable Lamination Process Based on Upcycling Aluminum-Coated Chips Bags, ACS Sustainable Chem. Eng. 2023, 11, 29, 10631–10639; DOI: 10.1021/acssuschemeng.3c00683

Qimeng Song, Thomas Tran, Kai Herrmann, Holger Schmalz, Markus Retsch: Upcycling Chips-Bags for Passive Daytime Cooling. Advanced Materials Technologies (2023); DOI: 10.1002/admt.202300444

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