Infolge der bisherigen und zukünftig erwarteten Entwicklung der globalen Erderwärmung, einem gleichzeitigem Bevölkerungswachstum sowie dem industriellen Wachstum werden energiefreie Kühllösungen eine immer wichtigere Rolle einnehmen. Technologien wie Strahlungskühlung bieten eine nachhaltige und energiefreie Lösung, indem sie die für elektromagnetische Strahlung durch-lässigen Wellenlängenbereiche der Atmosphäre, das sogenannte atmosphärische Fenster (8 – 13 μm), nutzen, um Wärmestrahlung in den kälteren Weltraum abzugeben.
Die Strahlungskühlung ist ein allgegenwärtiger Prozess, bei dem eine dem Himmel zugewandte Oberfläche durch Wärmestrahlung Wärme verliert. Das größte Objekt, das durch Strahlungskühlung Wärme abgibt, ist die Erde selbst. Der Abkühlungseffekt zeigt sich unter anderem an klaren Morgen durch Reif- und Taubildungen. Durch die Nutzung des Funktionsprinzips der Strahlungskühlung kann eine Kühlung ohne externe Energiezufuhr erzielt und gleichzeitig CO2 eingespart werden.
Indem die terrestrische Oberfläche Wärme nicht an die direkte Umgebung, sondern durch die Atmosphäre hindurch an das Universum mit extrem niedrigen Temperaturen (ca. –270 °C) abgibt, entsteht eine Kühlung unter Umgebungstemperatur. Sendet ein Material im mittleren Infrarotbereich (bevorzugt zwischen 8-13 μm) mehr Strahlung aus, als es durch die Sonne und die Atmosphäre aufnimmt, erfolgt eine Kühlung auch am Tag unter voller Sonneneinstrahlung.
Die Kühlleistung hängt dabei stark von den physikalischen Eigenschaften des Materials und den umgebenden Wetterbedingungen ab. Über Spektralanalysen kann der Absorptionsverlauf von Materialien über einen Wellenlängenbereich von 0,25 – ca. 25 μm bestimmt und auf Basis dieser Daten die Kühlleistung simuliert werden. Die Atmosphäre setzt sich überwiegend aus Stickstoff (N2), Sauerstoff (O2) und Edelgasen zusammen. Hinzu kommen Aerosole, also feste und flüssige Schwebeteilchen in einer gasförmigen Hülle, sowie Spurengase wie Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid (CO2), Methan (CH4), Ozon (O3), welche die Transparenz der Atmosphäre und damit die Möglichkeit der Wärmeabgabe an den kalten Weltraum beeinflussen. Durch das Berechnungsmodell lassen sich Einstellungen wie die Solareinstrahlstärke, die Wolkendichte oder die Luftfeuchtigkeit variieren, sodass klare Aussagen über das theoretische Kühlungspotenzial von Materialien unter verschiedenen äußeren Wettereinflüssen getroffen wer- den können.
