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19.08.2009

Die Idee ereilte die Forscher auf dem Rosenheimer Weihnachtsmarkt. "Wir haben uns darüber geärgert, dass der Glühwein ständig zu heiß oder zu kalt war", sagen IBP-Leiter Klaus Sedlbauer und sein Kollege Herbert Sinnesbichler. "Da musste eine Lösung her." Die fanden die beiden Wissenschaftler in sogenannten Phasenwechselmaterialien (PCM), wachsähnlichen Hightech-Materialien aus der Baustoffindustrie. Ihre eigentliche Bestimmung: Sie sollen im Sommer für ein behagliches Raumklima sorgen und brauchen dafür weniger Energie als eine Klimaanlage, nämlich gar keine.

Eingelassen in Gipskartonplatten an Wänden und Decken, absorbieren und speichern PCM die Wärme, die tagsüber zum Beispiel durch Sonneneinstrahlung entsteht, und geben sie abends wieder ab. So herrscht rund um die Uhr ein angenehmes Raumklima. "Aber auch viele Winter- und Skijacken enthalten PCM, um den Träger warm zu halten. Wahrscheinlich haben die meisten Leute eine im Schrank", sagt Sedlbauer.

Mit ihrem Langzeitgedächtnis kommen PCM auch als Datenträger in Frage. Sie speichern Informationen in einem Computer dauerhaft, auch ohne dass Strom fließt. Am Berliner Paul-Drude-Institut für Festkörperelektronik untersuchen Forscher, was genau dafür verantwortlich ist, um diese Speicherkapazität gezielt zu steigern.

Hochaktives Innenleben

Was in Großraumbüros und Jacken funktioniert, sollte in Kaffeetassen erst recht klappen, so die Idee der Fraunhofer-Forscher. Der Porzellankörper der neuen Hightech-Tasse ist innen hohl und verbirgt darin ein hochaktives Innenleben: Den Hohlraum durchziehen millimetergroße, wabenförmig angeordnete Schienen aus gut leitendem Material, zum Beispiel Aluminium. Die Zwischenräume der Waben werden mit PCM aufgefüllt. "Gibt man nun heißen Kaffee in eine solche Tasse, leiten die Alu-Schienen die Wärme des Getränks direkt an das noch feste PCM. Es schmilzt und wird flüssig, ähnlich wie Kerzenwachs", sagt Sinnesbichler.

In diesem Zustand speichert das Hightech-Material Wärmeenergie, ohne sich dabei selbst weiter zu erhitzen. Bei welcher Temperatur es flüssig wird, ist abhängig von der Art des PCM. Jedes hat eine eigene Schmelztemperatur. "Warme Getränke wie Tee oder Kaffee genießt man am besten bei 58 Grad Celsius", so Sedlbauer. "Um diese Temperatur zu erreichen und zu halten, befüllen wir die Tasse mit einem PCM, das bei genau 58 Grad flüssig wird."

Das Material nimmt die Wärme des Tasseninhalts wie ein Schwamm auf, speichert sie und kühlt das Getränk so zunächst auf die optimale Temperatur herunter. Dann bewirkt das PCM, dass diese Temperatur für einige Zeit gehalten wird: Nach und nach gibt es die gespeicherten Wärmereserven wieder in den Kaffee ab und verhindert so, dass dieser zu schnell kalt wird. "Im Idealfall können wir die Optimaltemperatur 20 bis 30 Minuten lang halten", sagt Sedlbauer.

Damit zusätzlich so wenig Wärme wie möglich aus dem Gefäß nach außen dringt, isoliert eine hauchdünne Kunststoff- oder Keramikschicht die Außenseiten des Tassen-Hohlraums. Erst wenn das PCM alle Wärmereserven abgegeben hat und wieder fest ist, kühlt der Kaffee wie gewohnt aus.

"Auch kalte Getränke oder Eis sind in PCM-Tassen und -Bechern gut aufgehoben", sagt Sinnesbichler. "Bier schmeckt am besten bei sieben Grad, Eis bei minus zwölf Grad. Dafür stellt man dann Tassen oder Becher mit PCM her, die bei genau diesen Temperaturen schmelzen", sagt Sinnesbichler. Hier liegt zugleich der Nachteil der PCM-Tassen: Um sämtliche kulinarischen Katastrophen zu vermeiden, braucht der Gourmet mindestens drei verschiedene Hightech-Becher: einen für Heißes, einen für Kühles und einen für Eiskaltes.

Forscher des Bayerischen Zentrums für angewandte Energieforschung in Garching sehen noch weitere Einsatzmöglichkeiten für das kostengünstige PCM: Es kann leicht verderbliche Nahrungsmittel länger kühl halten oder verhindern, dass sensible Bauteile in Maschinen überhitzen. Denkbar ist auch, Museumswände mit PCM zu verkleiden, um Gemälde bei einem Feuer zu schützen. Denn das Hightech-Material ist selbst nicht brennbar.

Das Geschirr des Fraunhofer-Instituts soll schon bald in die Läden kommen. Unterscheiden kann der Käufer es vom normalen dann vor allem am Preis, denn der wird deutlich höher liegen. "Wie hoch, wissen wir allerdings noch nicht", räumt Sedlbauer ein. "Wir verhandeln bereits mit der Industrie. Ist ein Kooperationspartner gefunden, könnten schon Ende dieses Jahres die ersten Tassen verkauft werden."

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