Ερευνητές του CSIC στην Ισπανία ανέπτυξαν μια πολυμερική νανοδομή που αποβάλλει θερμότητα προς το διάστημα μέσω της ηλιακής ακτινοβολίας, περιορίζοντας δυνητικά την ανάγκη για κλιματισμό σε κτίρια, οχήματα και ηλεκτρονικές συσκευές.
Ομάδα ερευνητών του Ινστιτούτου Μικροτεχνολογίας και Νανοτεχνολογίας (IMN-CNM, CSIC) ανέπτυξε ένα νανοϋλικό ικανό να ψύχει επιφάνειες που εκτίθενται στον ήλιο χωρίς να καταναλώνει ηλεκτρική ενέργεια, προσφέροντας μια εναλλακτική λύση που θα μπορούσε να περιορίσει το αυξανόμενο ενεργειακό κόστος της ψύξης, η οποία ήδη αντιστοιχεί σε σχεδόν 20% της παγκόσμιας κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας.
Η έρευνα, υπό την ηγεσία της ομάδας Functional Nanoscale Devices for Energy (FINDER) και δημοσιευμένη στο περιοδικό Nanophotonics, βασίζεται στην παθητική ακτινοβολούμενη ψύξη κατά τη διάρκεια της ημέρας, μια τεχνική που αξιοποιεί μια ιδιαιτερότητα της ατμόσφαιρας της Γης: υπάρχει μια ζώνη στο υπέρυθρο φάσμα, μεταξύ 8 και 13 μικρομέτρων, μέσω της οποίας η θερμότητα διαφεύγει απευθείας προς το διάστημα χωρίς να παγιδεύεται.
Ένα υλικό που εκπέμπει αποτελεσματικά σε αυτό το εύρος και παράλληλα ανακλά την ηλιακή ακτινοβολία μπορεί να καταλήξει να είναι ψυχρότερο από τον περιβάλλοντα αέρα, χωρίς να απαιτείται ηλεκτρική σύνδεση ή συμπιεστής.
Ένα πολυμερές με τις κατάλληλες ιδιότητες
Οι επιστήμονες επέλεξαν το πολυβινυλιδενοφθορίδιο (PVDF), ένα πολυμερές που είναι ήδη γνωστό για την ικανότητά του να εκπέμπει θερμότητα στο υπέρυθρο.
Η Cristina Vicente, ερευνήτρια στο IMN-CNM και επικεφαλής του έργου COOLed, εξηγεί ότι το συγκεκριμένο υλικό «συνδυάζει μια σειρά ιδιοτήτων» που το καθιστούν ιδανικό: εκτός από το ότι εκπέμπει αποτελεσματικά τη θερμότητα, αντέχει στην υπεριώδη ακτινοβολία και απωθεί το νερό, γεγονός που του προσδίδει αυτοκαθαριζόμενη δράση, ενώ παράλληλα αντέχει καλά στις εξωτερικές συνθήκες.
Το κλειδί της εξέλιξης βρίσκεται λιγότερο στο ίδιο το υλικό και περισσότερο στον τρόπο με τον οποίο διαμορφώθηκε.
Η ομάδα διείσδυσε το πολυμερές σε νανοπορώδη πρότυπα ανοδιωμένου οξειδίου του αλουμινίου, δημιουργώντας τρισδιάστατες δομές των οποίων η εσωτερική γεωμετρία μπορεί να ελεγχθεί με μεγάλη ακρίβεια.
Αυτό είναι κρίσιμο, καθώς η οπτική απόδοση αυτών των ψυκτικών υλικών εξαρτάται από τον σχεδιασμό τους σε κλίμακα νανομέτρων.
Τα αποτελέσματα επιβεβαιώνουν τις δυνατότητες της τεχνολογίας: η βελτιστοποιημένη εκδοχή του υλικού, η οποία υποβλήθηκε σε υπερταχεία ψύξη μετά τη διείσδυση του πολυμερούς, ανακλά κατά μέσο όρο το 82,4% της ηλιακής ακτινοβολίας και εκπέμπει το 96,7% της θερμότητας στο υπέρυθρο εύρος από 8 έως 13 μικρόμετρα, δηλαδή στη ζώνη μέσω της οποίας η θερμότητα διαφεύγει προς το διάστημα.
Σε θεωρητικό επίπεδο, αυτός ο συνδυασμός μεταφράζεται σε ψυκτική ικανότητα 182,3 watt ανά τετραγωνικό μέτρο υπό ηλιακή ακτινοβολία 1.000 W/m². Η δοκιμή στην οροφή του κτιρίου στο Tres Cantos, με μέγιστη ηλιακή ακτινοβολία 962 W/m², επιβεβαίωσε την επίδοση αυτή σε πραγματικές συνθήκες.
Σχεδόν 13 βαθμούς χαμηλότερη θερμοκρασία στην οροφή
Η θεωρία δοκιμάστηκε το περασμένο καλοκαίρι, με εξωτερικές δοκιμές στην οροφή του κέντρου στο Tres Cantos της Μαδρίτης.
Αφού το υλικό υποβλήθηκε σε επεξεργασία με υπεριώδες φως, η οποία το λευκαίνει και βελτιώνει την ανακλαστικότητά του στην ηλιακή ακτινοβολία, προέκυψαν τα αποτελέσματα: κατά τις θερμότερες, ξηρότερες και πιο ηλιόλουστες ημέρες, η επεξεργασμένη επιφάνεια παρέμεινε έως και 12,9°C ψυχρότερη από ένα δείγμα χωρίς επίστρωση.
Οι ίδιοι οι ερευνητές τονίζουν ότι η τεχνολογία βρίσκεται ακόμη υπό ανάπτυξη, υπογραμμίζουν όμως ότι η διαδικασία παραγωγής είναι σχετικά φθηνή και συμβατή με υφιστάμενες βιομηχανικές διαδικασίες.
Αυτό ανοίγει τον δρόμο για εφαρμογές που εκτείνονται από τις προσόψεις και τις στέγες κτιρίων έως τις ηλεκτρονικές συσκευές, τα οχήματα και ακόμη και τα συστήματα προσωπικής ψύξης, με κοινό στόχο τη μείωση της εξάρτησης από τον κλιματισμό και των εκπομπών που αυτή συνεπάγεται.
www.worldenergynews.gr
