Naukowcy z CSIC opracowali nanostrukturę polimerową, która odprowadza ciepło w kosmos dzięki promieniowaniu słonecznemu i może ograniczyć użycie klimatyzacji w budynkach, pojazdach i elektronice.
Zespół naukowców z Instytutu Mikro- i Nanotechnologii (IMN-CNM, CSIC) opracował nanomateriał, który potrafi chłodzić powierzchnie wystawione na słońce bez zużywania energii elektrycznej, alternatywę, która mogłaby złagodzić rosnące koszty energii związane z chłodzeniem, 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: w widmie podczerwieni istnieje pasmo między 8 a 13 mikrometrów, przez które ciepło ucieka bezpośrednio w przestrzeń kosmiczną i nie zostaje uwięzione. Materiał, który silnie emituje w tym „oknie” i jednocześnie odbija promieniowanie słoneczne, może być chłodniejszy niż otaczające go powietrze, bez podłączania do prądu i bez kompresora.
Polimer o idealnych właściwościach
Naukowcy postawili na poliwinylidenofluorek (PVDF), polimer znany już z tego, że skutecznie emituje ciepło w 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 nadaje mu efekt samoczyszczący, i dobrze znosi warunki atmosferyczne.
Klucz postępu tkwi 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 bardzo precyzyjnie kontrolować. Ma to zasadnicze znaczenie, ponieważ sprawność optyczna tych materiałów chłodzących zależy od projektu w skali nanometrów.
Liczby potwierdzają te obietnice: zoptymalizowana wersja materiału, poddana ultraszybkiemu chłodzeniu po infiltracji polimeru, odbija średnio 82,4% promieniowania słonecznego i emituje 96,7% ciepła w oknie podczerwieni od 8 do 13 mikrometrów, właśnie w tym paśmie ciepło ucieka w przestrzeń kosmiczną.
Teoretycznie taka kombinacja oznacza zdolność chłodzenia na poziomie 182,3 W na metr kwadratowy przy nasłonecznieniu 1000 W/m². Testy na dachu ośrodka w Tres Cantos, przy maksymalnej irradiancji słonecznej 962 W/m², potwierdziły te wartości w praktyce.
Na dachu prawie 13 stopni mniej
Latem ubiegłego roku teorię sprawdzono w praktyce, podczas testów na otwartym powietrzu na dachu ośrodka w Tres Cantos pod Madrytem. Po poddaniu materiału działaniu światła ultrafioletowego, które wybiela go i poprawia jego zdolność odbijania światła słonecznego, pojawiły się wyniki: w najgorętsze, suche i słoneczne dni powierzchnia z powłoką była nawet o 12,9°C chłodniejsza niż próbka bez takiego pokrycia.
Sami badacze podkreślają, że technologia wciąż jest w fazie rozwoju, ale zaznaczają, że proces wytwarzania jest stosunkowo tani i zgodny z już stosowanymi procesami przemysłowymi. To otwiera drogę do wielu zastosowań – od elewacji i dachów budynków po urządzenia elektroniczne, pojazdy, a nawet systemy osobistego chłodzenia. Wszystkie mają ten sam cel: ograniczyć uzależnienie od klimatyzacji i związane z nią emisje.