Physik
Warum wird ein schwarzes Auto in der Sonne heißer als ein weißes Auto?
Weil schwarzer Lack fast das gesamte Sonnenlicht absorbiert und in Wärme umwandelt, während weißer Lack den Großteil davon reflektiert. Dieser Unterschied in der Albedo, dem Reflexionsgrad einer Oberfläche, kann bei praller Sonne 15 bis 20 Grad Blechtemperatur ausmachen.
Reflexion oder Absorption: Was mit dem Licht passiert
Trifft Sonnenlicht auf eine Oberfläche, kann es im Wesentlichen zwei Dinge tun: zurückgeworfen oder verschluckt werden. Weißer Lack wirft den größten Teil des sichtbaren Lichts wieder zurück, deshalb sehen wir ihn als weiß. Physiker nennen diesen Reflexionsgrad Albedo. Schwarzer Lack dagegen reflektiert kaum etwas, er nimmt fast das gesamte auftreffende Licht auf, über nahezu alle Wellenlängen des sichtbaren Spektrums hinweg. Genau das macht ihn schwarz: Es kommt kein Licht zurück, das unser Auge als Farbe wahrnehmen könnte. Diese unterschiedliche Aufnahmefähigkeit ist der Ausgangspunkt für den ganzen Temperaturunterschied.
Warum absorbiertes Licht überhaupt zu Wärme wird
Licht ist Energie, die als elektromagnetische Strahlung unterwegs ist. Trifft ein Lichtteilchen auf ein Pigment im Lack und wird absorbiert, regt es die Elektronen in den Molekülen der Oberfläche an. Diese Anregung ist jedoch nicht stabil: Die Energie wird sehr schnell wieder abgegeben, allerdings nicht als sichtbares Licht, sondern als Bewegungsenergie der Moleküle, also als Wärme. Deshalb ist die Formulierung 'Hitze kommt durchs Schwarz' physikalisch ungenau. Es kommt keine Hitze von außen, sie entsteht direkt an der Oberfläche, weil Strahlungsenergie dort in thermische Energie umgewandelt wird. Bei weißem Lack passiert dieser Umwandlungsschritt kaum, weil das Licht gar nicht erst absorbiert, sondern reflektiert wird, bevor es zu dieser Anregung kommt.
Warum Schwarz so gründlich absorbiert und Weiß so gründlich reflektiert
Ob ein Material Licht absorbiert oder reflektiert, hängt von seiner molekularen Struktur ab, genauer davon, welche Photonenenergien die Elektronen in den Pigmentmolekülen aufnehmen können. Weiße Pigmente wie Titandioxid sind so aufgebaut, dass sie über das gesamte sichtbare Spektrum hinweg kaum Energie aufnehmen, das Licht wird an winzigen Kristallstrukturen praktisch komplett gestreut und zurückgeworfen. Schwarze Pigmente wie Ruß oder bestimmte organische Farbstoffe haben dagegen eine Elektronenstruktur, die Photonen jeder sichtbaren Wellenlänge aufnehmen kann. Es gibt also keine Farbe, die 'durchgelassen' wird, alles wird geschluckt. Dazwischen liegen bunte Lacke: Ein roter Lack absorbiert zum Beispiel Grün- und Blauanteile des Lichts und reflektiert vor allem Rot, er erwärmt sich deshalb stärker als Weiß, aber schwächer als Schwarz.
Vom Blech in den Innenraum: Leitung und Konvektion
Die an der Lackoberfläche entstandene Wärme bleibt nicht dort. Über Wärmeleitung wandert sie durch das dünne Karosserieblech, das sich dadurch insgesamt aufheizt, spürbar zum Beispiel an einer schwarzen Motorhaube. Ein Teil dieser Wärme wird dann per Konvektion an die umgebende Luft abgegeben, auch an die Luft im Innenraum, sofern Blechteile direkt angrenzen. Wichtig ist aber: Der Löwenanteil der Innenraumaufheizung an einem geparkten Auto kommt über die Fenster, nicht über das Blech. Das sichtbare Sonnenlicht durchdringt die Scheiben nahezu ungehindert und wird erst im Innenraum an Sitzen und Armaturenbrett absorbiert. Die dabei entstehende Wärmestrahlung ist langwelliger Infrarotstrahlung, für die Glas viel undurchlässiger ist, sie kommt kaum wieder heraus. Dieser Treibhauseffekt im Kleinen läuft bei jedem geparkten Auto ab, unabhängig von der Lackfarbe. Die Lackfarbe entscheidet vor allem darüber, wie heiß das Blech selbst und die direkt angrenzende Luft werden, weniger darüber, wie sich die Luft hinter der Windschutzscheibe insgesamt aufheizt.
Warum in heißen Ländern viele Fahrzeuge und Häuser hell sind
Wegen dieses Zusammenhangs zwischen Albedo und Oberflächentemperatur sind in sonnenreichen Regionen traditionell viele Gebäude weiß oder hell getüncht, von mediterranen Dörfern bis zu Wüstenstädten. Auch bei Autos zeigt sich der Effekt: Ein schwarzes Fahrzeug braucht im Sommer spürbar länger, um nach dem Einsteigen auf angenehme Temperatur herunterzukühlen, und die Klimaanlage muss mehr leisten. Wer die Aufheizung bremsen will, kann direkt an der eigentlichen Ursache ansetzen, nämlich am Licht, das ins Fahrzeug gelangt, etwa mit einer reflektierenden Sonnenschutzfolie hinter der Scheibe oder einem hellen, spiegelnden Cover auf der Windschutzscheibe. Beide erhöhen künstlich die Albedo an der Stelle, an der das meiste Licht ohnehin ins Auto eindringt.
Haeufige Fragen
Warum sind Sonnenkollektoren dann schwarz statt weiß?
Weil dort die Absorption genau erwünscht ist. Solarthermie-Kollektoren sollen möglichst viel Sonnenenergie in Wärme umwandeln, deshalb sind ihre Absorberflächen fast immer dunkel oder speziell beschichtet, um kaum etwas zu reflektieren.
Wird ein schwarzes Auto auch schneller warm, nicht nur heißer?
Ja. Da pro Zeiteinheit mehr Strahlungsenergie absorbiert statt reflektiert wird, steigt die Blechtemperatur bei Schwarz sowohl schneller an als auch auf einen höheren Endwert als bei Weiß.
Macht die Lackfarbe auch beim Kraftstoff- oder Stromverbrauch einen Unterschied?
Nur indirekt. Ein stärker aufgeheiztes Fahrzeug braucht beim Losfahren mehr Klimaanlagenleistung, um herunterzukühlen, das kostet etwas zusätzliche Energie. Der Effekt ist aber gering im Vergleich zu Fahrweise, Gewicht oder Aerodynamik.