A klímaváltozást már egyre jobban érzékeljük. Forrósodnak a nyarak, egyre gyakoribbá válnak a hőhullámok. A folyamatos melegedés kapcsán az sem segít a bolygónkon, hogy a tömegközlekedési eszközökön, az irodaházakban, a plázákban és az otthonokban is egyre elterjedtebbek a légkondicionálók, amelyek néha irreálisan alacsony hőmérsékleten üzemelnek, biztosítva ezzel egy nyári arcüreg- vagy tüdőgyulladást. De mit lehet ez ellen tenni, milyen modernebb megoldások léteznek?

A hűtő filmréteg

A légkondicionáló hűtőereje kellemes enyhülést nyújthat a rekkenő hőségben, azonban ez a luxus nagy mennyiségű energiát őröl fel és üvegházhatású gázokat bocsájt ki a légkörbe. Azonban kutatók most egy olyan környezetbarát alternatívát fedeztek fel, amely egy növényi alapú fólia és képes a napfény hatására lehűlni. Emellett eltérő textúrákban és élénk, irizáló színekben kapható. Ez az anyag alkalmas lehet arra, hogy a jövőben épületeket, járműveket és egyéb szerkezeteket hűtsön külső energiaforrás igénye nélkül.

Ahhoz, hogy olyan filmrétegeket hozzanak létre, amelyek nappal hűvösebbek maradnak, mint a körülöttük levő levegő, olyan anyagra van szükség, amely sok napfényt visszaver és nem nyeli el azt. Ugyanis az elnyelt fény energiája hővé alakulna. Csak néhány anyag rendelkezik ezzel a tulajdonsággal, és a színező pigmentek hozzáadása általában megszünteti ezen anyagok hűsítő hatását.

Kapcsolódó bejegyzések

Ördögi körbe kényszeríthetik a világot a felmelegedés és a légkondik

Az elmúlt időszakban előrelépés történt az energiahatékonyság terén, azonban a klímaváltozás megfékezéséhez itt is többre van szükség.

Hogyan működik a fólia hűtő mechanizmusa?

Passzív sugárzásos hűtésnek (PDRC) nevezik egy felület azon képességét, hogy a saját hőjét leadja a térbe anélkül, hogy azt a levegő vagy a légkör elnyelné. Ekkor egy olyan felület születik, amely elektromos energia felhasználása nélkül több fokkal hidegebbé válhat, mint a körülötte lévő levegő. Ha a jövőben alkalmazzák ezt a technikát az építőiparban vagy a járműiparban, akkor nagy mennyiségű energiát spórolhatunk meg. Hiszen, ha nem melegszik fel az autónk vagy át a házunk, nincs szükség olyan nagy mértékben a légkondicionálásra vagy más energiaigényes hűtési módszerek használatára.

Néhány jelenleg fejlesztés alatt álló festék és film képes a PDRC elérésére, de a legtöbbjük fehér vagy tükrös felületű. Azonban azt be kell látnunk, hogy nem lehet minden épület, építmény vagy éppen jármű fehér vagy fényvisszaverő, ez nagyban megnehezítené a látást.

A kék szín

Egy olyan épülettulajdonosnak, aki kék színű PDRC-festéket szeretne használni, nincs szerencséje. A színezett pigmentek elnyelik a napfény bizonyos hullámhosszát, és csak azokat a színeket verik vissza, amelyeket látunk, ami nem kívánt melegítő hatást eredményezne. A kék szín azt a hullámhosszú fényt nyeli el, ami nem esik a kék tartományba, tehát a piros, narancs, sárga és zöld hullámhosszú fényt. Leginkább a 500 nanométertől hosszabb hullámhosszúságú fény tartozik ide, míg a 450-495 nanométeres tartományban lévő kék fényt visszaveri, ezért látjuk kéknek.

Hogyan tehetők a filmek színessé?

De mi van, ha mégis szeretnénk alkalmazni ezt a modern, környezetbarát, energiatakarékos megoldást a jövőben, de nem szeretnénk, ha minden hidegen kívánt tartani felület vakító fehérré változna?

Jó hír, hogy a kívánt színt pigmentek használata nélkül is el lehet érni. A szappanbuborékok felülete például különböző színű prizmaként működik. Amikor a fény kölcsönhatásba lép a buborék felületével, eltérő vastagságú buborékrészekkel találkozik. Ennek köszönhetően váltakozó színek jelennek meg, ezt a jelenséget pedig szerkezeti színnek nevezik. A kutatócsoport azt fedezte fel, hogy a növényekben található cellulózból cellulóz nanokristályok (CNC) készíthetők, amelyek segítségével irizáló, színes filmeket lehet gyártani színezőanyag hozzáadása nélkül. Ezentúl pedig kiderült, hogy a cellulóz nem csak a színezésre lenne alkalmas, hanem azon kevés természetes anyagok közé tartozik, amelyek elősegíthetik a passzív sugárzásos hűtést (PDRC).

Sikerek

Annak érdekében, hogy színessé varázsolják a fóliákat, a kutatók színes cellulóz nanokristály (CNC) anyagokat rétegeztek fehér színű etil-cellulózzal, így kialakítottak egy kétrétegű passzív sugárzásos hűtő (PDRC) filmet. Képesek voltak élénk kék, zöld és piros színű filmeket készíteni, amelyek napfény hatására átlagosan körülbelül 14°C-kal alacsonyabb hőmérsékletűek maradtak, mint a körülöttük levő levegő.

A film egy négyzetmétere több mint 120 Watt hűtőteljesítményt generált, ezzel versenyre kelve számos otthoni légkondicionálóval. A kutatók szerint a munka legnehezebb része az volt, hogy megtalálják a megfelelő módszert a két réteg összeragasztására — a CNC filmek önmagukban törékenyek voltak, és az etil-cellulóz réteget kezelni kellett, hogy biztosítsák a megfelelő tapadást. Az eredmény azonban olyan erős filmréteg lett, amelyeket standard gyártósoron több méter hosszúságban is elő lehet állítani.

Esztétikai lépések

Az első filmek megjelenése óta a kutatók folyamatosan azon dolgoznak, hogy javítsák a fóliák esztétikai megjelenését. Már képesek csillogó, színes, eltérő textúrájú filmeket is előállítani. A változatosságnak köszönhetően megnőtt a felhasználási lehetőségek száma, így a jövőben az emberek alkalmazhatják a passzív sugárzásos hűtést (PDRC) otthonaikba, vállalkozásaikba, járműveikbe és más építményeikbe.

Kapcsolódó bejegyzések

Tudománnyal az éghajlatváltozás ellen – Passzívház

A passzívház emissziója a nullát közelíti, és már az építési költsége sem magasabb a hagyományos épületekénél.

A jövőbéli tervek

A kutatók jövőbeli tervei közé tartozik filmjeik „okosabbá” tétele. Szeretnék, ha a CNC anyagokat érzékelőként lehetne használni környezeti szennyeződések vagy időjárási változások észlelésére. Ez a képesség, kombinálva a CNC-etil-cellulóz filmek hűtő tulajdonságaival, jelentős előnyökkel járhat. Például egy kobalt színű PDRC film egy sűrűn lakott városrészben, egy épület homlokzatán alacsonyabb belső hőmérsékletet tarthat fenn, miközben érzékelőket tartalmaz, amelyek riasztják a hatóságokat, ha a levegőt szennyező anyagok meghaladnak egy bizonyos határértéket. Így ezek az okos anyagok alkalmazkodhatnak az urbanizációhoz.

A kutatók elismerik a támogatást és finanszírozást a Purdue Egyetemtől, az Amerikai Mechanikai Mérnöki Társaságtól (ASME), az Európai Kutatási Tanácstól (ERC), az Műszaki és Fizikai Tudományos Kutatási Tanácstól (EPSRC), a Biotechnológiai és Biológiai Tudományok Kutatási Tanácsától (BBSRC), az Európai Uniótól és a Shanghai Jiao Tong Egyetemtől.

Forrás

Kiemelt kép: pexels