Badacze z CSIC opracowali polimerową nanostrukturę, która odprowadza ciepło w kosmos dzięki promieniowaniu słonecznemu i może ograniczyć użycie klimatyzacji.
Zespół badaczy z Instytutu Mikro- i Nanotechnologii (IMN-CNM, CSIC) opracował nanomateriał, który potrafi schładzać powierzchnie wystawione na słońce bez zużycia energii elektrycznej, alternatywę, która może zmniejszyć rosnące rachunki za energię na chłodzenie, które odpowiada już za blisko 20% światowego zużycia prądu.
REKLAMA
REKLAMA
Badania, prowadzone przez grupę Functional Nanoscale Devices for Energy (FINDER) i opisane w czasopiśmie „Nanophotonics”, opierają się na dziennym pasywnym chłodzeniu radiacyjnym, technice wykorzystującej szczególną cechę ziemskiej atmosfery: istnieje pasmo widma podczerwonego między 8 a 13 mikrometrów, przez które ciepło ucieka bezpośrednio w kosmos, nie zostając uwięzione. Materiał, który silnie emituje w tym oknie i jednocześnie odbija promieniowanie słoneczne, może być chłodniejszy niż otaczające go powietrze, bez potrzeby podłączenia do sieci ani użycia kompresora.
Polimer o idealnych właściwościach
Naukowcy postawili na fluorek poliwinylidenu (PVDF), polimer znany z tego, że skutecznie emituje ciepło w zakresie podczerwieni. Cristina Vicente, badaczka z IMN-CNM i liderka projektu COOLed, wyjaśnia, że ten materiał „łączy zestaw właściwości”, które czynią go idealnym: oprócz dobrej emisji ciepła jest odporny na promieniowanie ultrafioletowe, odpycha wodę, co daje mu efekt samoczyszczący, i dobrze znosi warunki zewnętrzne.
Klucz postępu tkwi jednak nie tyle w samym materiale, ile w sposobie jego uformowania. Zespół wprowadził polimer do nanoporowatych matryc z anodowanego tlenku glinu, uzyskując trójwymiarowe struktury, których wewnętrzną geometrię można precyzyjnie kontrolować. Ma to kluczowe znaczenie, ponieważ sprawność optyczna tych materiałów chłodzących zależy od projektu w skali nanometrowej.
Liczby potwierdzają obietnice: zoptymalizowana wersja materiału, poddana ultraszybkiemu chłodzeniu po wprowadzeniu polimeru, odbija średnio 82,4% promieniowania słonecznego i emituje 96,7% ciepła w oknie podczerwieni od 8 do 13 mikrometrów, paśmie, którym to ciepło ucieka w przestrzeń kosmiczną.
Teoretycznie taka kombinacja przekłada się na zdolność chłodzenia na poziomie 182,3 W na metr kwadratowy przy natężeniu promieniowania słonecznego 1000 W/m². Test na dachu ośrodka w Tres Cantos, przy maksymalnym natężeniu promieniowania 962 W/m², potwierdził ten wynik w praktyce.
Prawie 13 stopni mniej na dachu
Teorię sprawdzono w praktyce ubiegłego lata, podczas testów na otwartym powietrzu na dachu ośrodka w Tres Cantos pod Madrytem. Po poddaniu materiału działaniu promieniowania ultrafioletowego, które go wybiela i poprawia jego zdolność odbijania światła słonecznego, pojawiły się wyniki: w najgorętsze, suche i słoneczne dni pokryta nim powierzchnia była nawet o 12,9°C chłodniejsza niż próbka bez powłoki.
Sami badacze podkreślają, że technologia wciąż jest rozwijana, ale zaznaczają, że proces jej wytwarzania jest stosunkowo tani i zgodny z już istniejącymi procesami przemysłowymi. To otwiera drogę do zastosowań od elewacji i dachów budynków po urządzenia elektroniczne, pojazdy czy nawet systemy indywidualnego chłodzenia, wszystkie z tym samym celem: ograniczyć zależność od klimatyzacji oraz emisje, które się z nią wiążą.