Ερευνητές του CSIC αναπτύσσουν πολυμερική νανοδομή που απομακρύνει θερμότητα στο διάστημα αξιοποιώντας την ηλιακή ακτινοβολία και μειώνει την ανάγκη για κλιματισμό σε κτίρια, οχήματα, ηλεκτρονικές συσκευές
Μια ομάδα ερευνητών του Ινστιτούτου Μικρο- και Νανοτεχνολογίας (IMN-CNM, CSIC) ανέπτυξε ένα νανοϋλικό ικανό να ψύχει επιφάνειες εκτεθειμένες στον ήλιο χωρίς κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας, μια εναλλακτική λύση που θα μπορούσε να μετριάσει το ολοένα αυξανόμενο ενεργειακό κόστος της ψύξης, το οποίο ευθύνεται ήδη για σχεδόν το 20% της παγκόσμιας κατανάλωσης ηλεκτρισμού.
ΔΙΑΦΉΜΙΣΗ
ΔΙΑΦΉΜΙΣΗ
Η εργασία, με επικεφαλής την ομάδα Functional Nanoscale Devices for Energy (FINDER) και δημοσιευμένη στο περιοδικό Nanophotonics, βασίζεται στην παθητική ημερήσια ακτινοβολιακή ψύξη, μια τεχνική που αξιοποιεί μια ιδιαιτερότητα της γήινης ατμόσφαιρας: υπάρχει μια ζώνη του υπέρυθρου φάσματος, μεταξύ 8 και 13 μικρομέτρων, μέσω της οποίας η θερμότητα διαφεύγει απευθείας στο διάστημα χωρίς να παγιδεύεται. Ένα υλικό που εκπέμπει αποτελεσματικά σε αυτό το παράθυρο και ταυτόχρονα ανακλά την ηλιακή ακτινοβολία μπορεί να διατηρείται πιο κρύο από τον αέρα που το περιβάλλει, χωρίς πρίζα και χωρίς συμπιεστή.
Ένα πολυμερές με τις κατάλληλες ιδιότητες
Οι επιστήμονες επέλεξαν το φθοριούχο πολυβινυλιδένιο (PVDF), ένα πολυμερές που ήδη ξεχώριζε για την ικανότητά του να εκπέμπει θερμότητα στο υπέρυθρο. Η Κριστίνα Βιθιέντε, ερευνήτρια του IMN-CNM και επικεφαλής του έργου COOLed, εξηγεί ότι το υλικό «συνδυάζει μια σειρά ιδιοτήτων» που το καθιστούν ιδανικό: πέρα από την αποτελεσματική εκπομπή θερμότητας, αντέχει στην υπεριώδη ακτινοβολία, απωθεί το νερό, κάτι που του προσδίδει αυτοκαθαριζόμενο χαρακτήρα, και παρουσιάζει καλή αντοχή στις καιρικές συνθήκες.
Το κλειδί της προόδου δεν βρίσκεται τόσο στο ίδιο το υλικό, όσο στον τρόπο με τον οποίο το διαμόρφωσαν. Η ομάδα διήθησε το πολυμερές σε νανοπορώδη καλούπια από ανοδιωμένο οξείδιο του αλουμινίου, δημιουργώντας τρισδιάστατες δομές, των οποίων την εσωτερική γεωμετρία μπορούν να ελέγχουν με ακρίβεια, κάτι καθοριστικό, καθώς η οπτική απόδοση αυτών των ψυκτικών υλικών εξαρτάται από τον σχεδιασμό τους σε νανοκλίμακα.
Τα στοιχεία επιβεβαιώνουν την υπόσχεση: η βελτιστοποιημένη εκδοχή του υλικού, που υποβλήθηκε σε υπερταχεία ψύξη μετά τη διήθηση του πολυμερούς, ανακλά κατά μέσο όρο το 82,4% της ηλιακής ακτινοβολίας και εκπέμπει το 96,7% της θερμότητας στο υπέρυθρο παράθυρο των 8 έως 13 μικρομέτρων, τη ζώνη μέσω της οποίας αυτή η θερμότητα διαφεύγει στο διάστημα.
Θεωρητικά, αυτός ο συνδυασμός αντιστοιχεί σε ικανότητα ψύξης 182,3 βατ ανά τετραγωνικό μέτρο υπό ηλιακή ακτινοβολία 1.000 W/m². Η δοκιμή στην ταράτσα στο Τρες Κάντος, με μέγιστη ηλιακή ακτινοβολία 962 W/m², επιβεβαίωσε αυτόν τον αριθμό στην πράξη.
Σχεδόν 13 βαθμοί λιγότερη θερμοκρασία στην ταράτσα
Η θεωρία δοκιμάστηκε το περασμένο καλοκαίρι, με πειράματα σε εξωτερικό χώρο στην ταράτσα του κέντρου στο Τρες Κάντος, στη Μαδρίτη. Αφού το υλικό υποβλήθηκε σε επεξεργασία με υπεριώδες φως που το λευκαίνει και βελτιώνει την ανακλαστικότητά του στο ηλιακό φως, ήρθαν τα αποτελέσματα: στις πιο ζεστές, ξηρές και ηλιόλουστες ημέρες, η επεξεργασμένη επιφάνεια παρέμεινε έως και 12,9°C πιο κρύα από ένα δείγμα χωρίς επίστρωση.
Οι ίδιοι οι ερευνητές επιμένουν ότι η τεχνολογία βρίσκεται ακόμη σε στάδιο ανάπτυξης, τονίζουν όμως ότι η διαδικασία παραγωγής είναι σχετικά φθηνή και συμβατή με ήδη υπάρχουσες βιομηχανικές διεργασίες. Αυτό ανοίγει τον δρόμο για εφαρμογές που ξεκινούν από τις προσόψεις και τις στέγες κτιρίων μέχρι ηλεκτρονικές συσκευές, οχήματα ή ακόμη και συστήματα προσωπικής ψύξης, όλα με τον ίδιο στόχο: να μειωθεί η εξάρτηση από τα κλιματιστικά και οι εκπομπές που συνεπάγονται.