Als Experten für biomimetische Innovationen haben Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) eine bahnbrechende Kühllösung geschaffen, die dem natürlichen Schutzmechanismus von Wüstenkamelen nachempfunden ist. Diese Technologie nutzt die Evolutionäre Anpassung der Tiere, um Überhitzung in extremen Bedingungen zu vermeiden.
Kamele, wie viele Säugetiere und Menschen, kühlen sich primär durch Schwitzen. Bei steigender Körpertemperatur produzieren Schweißdrüsen salzhaltiges Wasser, das auf der Haut verdampft. Der Feuchtigkeitsgradient zur trockenen Luft treibt diesen Prozess an und entzieht dem Körper Wärme.
Basierend auf detaillierten Untersuchungen dieses Vorgangs haben die MIT-Forscher ein Hydrogel entwickelt – ein wasserabsorbierendes Gelmaterial, das Schweißdrüsen simuliert. Eine einzelne Schicht hält Objekte etwa 40 Stunden kühl, bevor sie neu 'befüllt' werden muss.
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Um die Kühlzeit zu maximieren, orientierten sich die Wissenschaftler erneut an Kamelen.
"Zoologen berichten, dass ein geschorenes Kamel seinen Wasserverbrauch fürs Schwitzen tagsüber um 50 Prozent steigern muss im Vergleich zu einem mit natürlichem Fell", erklärt Jeffrey Grossman, Mitautor der Studie. Fell wirkt also als Isolator und reduziert den Wasserverlust. Ein ungeschütztes Hydrogel trocknet schneller aus.
Das MIT-Team ergänzte das Hydrogel daher um eine Aerogelschicht, die Wasserdampf durchlässt, aber isoliert.
"Durch Nachahmung des Kamel-Fell-/Drüsensystems schufen wir eine Doppelschicht, die die passive Kühlzeit bei gleichem Wasserverbrauch massiv verlängert", betont Grossman.
Das Zweischichtsystem hielt Proben 200 Stunden lang 7 °C unter Umgebungstemperatur – fünfmal länger als ein einschichtiges Design – bevor eine Nachfüllung nötig war.
Im Unterschied zu herkömmlichen Klimaanlagen verbraucht diese Hydrogel-Aerogel-Technologie keinen Strom und eignet sich ideal für Millionen Menschen ohne Stromzugang weltweit.
"Unser Ziel: Eine grüne, nachhaltige Lösung", sagt Hauptautor Zhengmao Lu. "Ist das Hydrogel trocken, taucht man es einfach in Wasser – auch nicht reines – und es ist für mehrere Zyklen wieder einsatzbereit."
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Derzeit bremsen Herstellungskosten die Skalierung, meint Grossman. Doch mit der Notwendigkeit, Impfstoffe wie den von Pfizer/BioNTech bei -70 °C zu lagern, gewinnt tragbare Kühllösung an Relevanz.
"Ein Schlüsselinsight ist der Nutzen poröser Isolierung – potenziell hilfreich für Impfstoffkühlung", erklärt Lu. "Mit Verdampfung erreichen wir freilich keine Tiefkühlgrade."
Lu schlägt vor, Trockeneis mit optimierter poröser Isolation zu kombinieren. "Manche nutzen das bereits mit Trockeneispaketen. Für extremere Temperaturen optimieren wir das Design – das könnte Jahre dauern."