Heizung aus Papier

In unserer Bildreportage Wärmende Farbe berichteten wir von der Möglichkeit, mit Kohlenstoff-Nano-Röhrchen neuartige Heizsysteme zu verwirklichen. Nun haben ihre Erfinder, Günther und Sven Braun, ihre Idee weiterentwickelt. Wir haben die Firma Braun CNT besucht, um uns ein Bild davon zu machen, was beheizbares Papier leisten kann.
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Die Bildreportage als pdf-Datei (1,666 MiB).

Die ganze Idee begann mit Kohlenstoff-Nano-Röhrchen (englisch: Carbon Nanotubes, CNT). Das sind winzige, röhrenförmige Gebilde, die allein aus Kohlenstoffatomen aufgebaut sind. Die grafischen Darstellungen im Bild geben einen Eindruck von ihrem Aufbau (Bild: Michael Ströck (mstroeck) auf en.wikipedia). Dabei sind die Kugeln die Kohlenstoff-Atome, die Linien zwischen ihnen stellen die Verbindungen zwischen den Atomen dar. Werden diese CNTs auf eine bestimmte Weise angeordnet, so können sie elektrische Energie in Wärme umwandeln. Diese Eigenschaft brachte Günther Braun und seinen Sohn Sven auf die Idee mit der "wärmenden Farbe":
Gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut und dem Chemieunternehmen Bayer entwickelten sie im Jahr 2008 einen Anstrich, der Carbon-Nanotubes (CNTs) enthielt, die sich günstig aus-richteten, wenn sie aufgetragen wurden. Mit diesem Anstrich ließ sich theoretisch auf jeder beliebigen Oberfläche eine Heizung "aufmalen". Foto: MLR / Ferdinano Iannone
Der Nachteil: In der Praxis erwies sich das Auftragen der Farbe als schwierig. Wie gut die Hei-zung funktioniert hängt nämlich davon ab, wie dick und gleichmäßig die Farbe aufgetragen ist. Für eine verlässliche und vorhersagbare Wärmewirkung hätte man in der Praxis mit Siebdruck oder sehr guten Sprührobotern arbeiten müssen. Beides ist nichts für den Hand- oder Heimwerker. Hinzu kam: Kohlenstoff-Nano-Röhrchen sind sehr, sehr schwarz. Anwendungen in Innenräumen und anderen sichtbaren Flächen waren damit praktisch ausgeschlossen. Foto: Rainer Sturm / pixelio.de
Doch die Idee ließ Sven und Günther Braun nicht los. Gemeinsam mit dem Fraunhofer Institut dachten sie den Gedanken weiter und suchten nach einer praktikableren Lösung, die ohne die kritischen CNTs auskommt und sich zudem verlässlich und in Serie produzieren lässt. Sie heißt: Graphen statt CNTs, Papier statt Anstrich. Foto: MLR / Joachim E. Röttgers
Graphen ist eine flächige Erscheinungsform des Kohlenstoffs (im Bild: Ein grafisches Modell). Die Atome liegen nebeneinander, im Extremfall ist diese Fläche nur so hoch wie ein Atom. Die wabenförmige Struktur des Kohlenstoffgitters ist nicht nur sehr fest und zugleich biegsam, sondern wandelt Strom auch sehr effizient in Infrarotwärme um. Papier ist dünn, beweglich, anpassungsfähig. Es bindet die Kohlenstoffteilchen sicher ein und kann lackiert werden, um zu verhindern, dass die Oberfläche direkt mit der Umgebung in Kontakt kommt. Ein Hersteller nahm die Herausforderung an, diese beiden Werkstoffe zu einem technischen Papier zusam-menzubringen: Das Heat Paper der Firma Braun CNT. Bild: AlexanderAIUS (eigenes Werk) auf wikipedia.de
Dieses Papier lässt vielfältig einsetzen, zum Beispiel als Schicht in dünnen Holzpaneelen. Mit einer geringen Spannung von nur 24 Volt (zum Vergleich: Aus der Steckdose kommen 220 Volt, ein Weidezaun arbeitet mit 42 Volt) und 80 Watt Leistung strahlt sie nach wenigen Minuten konstant 50 °C ab. Da das Papier gleichmäßig mit Graphen durchsetzt ist, wird auch die Wärme gleichmäßig über die ganze Fläche abgestrahlt. Foto: MLR / Joachim E. Röttgers
Günther Braun ist überzeugt: Die klassische Heizung hat ausgedient. Heizpapier lässt sich in Holz und andere Werkstoffe einbetten. Zum Beispiel die Verbundfaserplatten, aus denen Büroschreibtische oft sind. Mit einem Niedrigvolt-Netzteil an die Steckdose angeschlossen, wird beim Schreibtisch dann nur der Bereich für die Arme oder der für die Oberschenkel gleichförmig warm. "Statt den ganzen Raum zu heizen, ist es effektiver, direkt den Arbeitsbereich angenehm warm zu machen. Das spart Energie und verbessert das Raumklima", erläutert er die Vorteile. Foto: MLR / Joachim E. Röttgers
Nano-Schicht für Mega-Komfort: Der Prototyp der Arbeitsplatte mit Heizpapier hat einen separat beheizten Punkt, auf dem der Tee warm bleibt. Foto: MLR / Joachim E. Röttgers
Weil Graphen ein extrem guter Strom- und Wärmeleiter ist, braucht es nicht viel elektrische Energie zum Heizen. Mit einem kleinen Akku ließen sich beispielsweise Warmhaltewanne auf Buffets gleichmäßig und temperaturgenau erhitzen. Der Vorteil: Das Essen bliebe überall warm, ohne zu zerkochen. Mit so beheizten Transport-Kisten käme auch die Lieferung vom Pizza-Boten immer appetitlich temperiert an. Foto: MLR / Joachim E. Röttgers
Gegen Feuchtigkeit beschichtet lässt sich das Wärme-Papier auch in textile Produkte einnähen. Ein Heizkissen für die Hosentasche funktioniert mit Akku. Für die Physiotherapie ließe sich so aber auch die ganze Behandlungsliege ausstatten. Foto: MLR / Joachim E. Röttgers
Nanofeine Kohlenstoffschichten brauchen wenig Spannung, um viel Wärme zu erzeugen. Fest eingebracht, aber nicht dauerhaft gebunden in Papier lassen sie sich überall einsetzen: In den Wänden des Wohnwagens, im Fußraum des Kassenschalters, an der Zimmertür und und und. "Ich hoffe, dass sich diese Heiztechnologie durchsetzen wird", sagt der Entwickler Günther Braun. "Sie würde uns helfen, mit weniger Energie und Rohstoffen auszukommen und uns eine Menge Feinstaub ersparen." Foto: MLR / Joachim E. Röttgers

 

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