Πηγή Εικόνας: απε - μπεΜηχανικοί από το Πανεπιστήμιο του Τέξας ανέπτυξαν και πατεντάρισαν υλικό με βάση το ξύλο που ρυθμίζει την θερμοκρασία στα κτίρια χωρίς την ανάγκη ηλεκτρικής ενέργειας, καθώς έχει τη δυνατότητα να αποθηκεύει και να εκλύει θερμότητα, παθητικά.
Το καινοτόμο υλικό ανταποκρίνεται στην αυξανόμενη ανάγκη για ενεργειακά αποδοτικό κλιματισμό στα κτίρια. Φτιαγμένο με βάση το ξύλο προσφέρει μια οικολογική λύση που χρησιμοποιεί τεχνολογία αλλαγής φάσης για την αποθήκευση ενέργειας κατά τη διάρκεια της ημέρας και την απελευθέρωσή της τη νύχτα, χωρίς να εξαρτάται από το ηλεκτρικό δίκτυο.
«Το υλικό μας λειτουργεί ως θερμική μπαταρία που φορτίζεται καθώς απορροφά θερμότητα», δήλωσε, σε σχετική ανακοίνωση, η Δρ Shuang (Cynthia) Cui, επίκουρη καθηγήτρια μηχανολογίας στο Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science.
Η αποθήκευση θερμικής ενέργειας λειτουργεί ως γέφυρα μεταξύ της προσφοράς και της ζήτησης. Η τεχνολογία αυτή μπορεί να δεσμεύσει την πλεονάζουσα θερμότητα του περιβάλλοντος κατά τη διάρκεια της ημέρας και να την ανακυκλώσει για θέρμανση τη νύχτα. Αυτή η προσέγγιση επιτρέπει στα κτίρια να εξισορροπούν φυσικά τα ενεργειακά τους φορτία, μειώνοντας την ανάγκη για ενεργά συστήματα θέρμανσης και ψύξης.
Όταν τα συμβατικά δομικά υλικά ενσωματώνουν την τεχνολογία αλλαγής φάσης, λειτουργούν ως ενσωματωμένος θερμικός απομονωτής, απορροφώντας τη θερμότητα κατά τη διάρκεια της ημέρας και απελευθερώνοντάς την τη νύχτα για τη σταθεροποίηση της εσωτερικής θερμοκρασίας.
Αυτά τα υλικά απορροφούν θερμότητα κατά τη διάρκεια της τήξης και την απελευθερώνουν κατά τη διάρκεια της στερεοποίησης, μειώνοντας σημαντικά την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας και την αύξηση της ενεργειακής απόδοσης.
«Κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, για παράδειγμα, το υλικό αλλαγής φάσης θα απορροφά και θα αποθηκεύει θερμότητα από το εξωτερικό, γεγονός που θα μειώνει την αύξηση της θερμοκρασίας του δωματίου», εξήγησε ο Cui. «Εάν το κτίριο διαθέτει επαρκή ποσότητα υλικού αλλαγής φάσης, ενδέχεται να μην είναι απαραίτητη η ενεργοποίηση του κλιματισμού», πρόσθεσε.
Χρήση ξύλου
Αν και τα PCM μελετώνται εδώ και χρόνια, είχαν πάντα ένα σημαντικό μειονέκτημα: τη διαρροή κατά τη μετάβαση από υγρή σε στερεή κατάσταση, γεγονός που περιπλέκει τις πρακτικές εφαρμογές.
Οι τυπικές μέθοδοι περιλαμβάνουν τον εγκλωβισμό αυτών των ουσιών μέσα σε ένα υλικό-ξενιστή. Ωστόσο, αυτό συχνά έχει αντίθετα αποτελέσματα. Η ομάδα αφαίρεσε τη λιγνίνη — την άκαμπτη κόλλα στα φυτικά κύτταρα — από το ξύλο, αφήνοντας ένα πορώδες σκελετό κυτταρίνης. Στη συνέχεια, οι πόροι «γέμιζαν» με ένα μείγμα από υλικό αλλαγής φάσης και σταθεροποιητικού μαλακού πλαστικού.
Αυτός ο έξυπνος συνδυασμός εξυπηρετεί έναν διπλό σκοπό: το πλαστικό κλειδώνει το υλικό αποθήκευσης θερμότητας στη θέση του για να αποτρέψει διαρροές κατά τη διάρκεια της τήξης, ενώ ταυτόχρονα ενισχύει τη δομική αντοχή του ξύλου.
Ο ξενιστής λειτουργεί ως νεκρό βάρος, καταλαμβάνοντας χώρο χωρίς να συμβάλλει στην ικανότητα αποθήκευσης θερμότητας, μειώνοντας τελικά τη συνολική απόδοση του υλικού.
Έμπνευση για την καινοτόμα αυτή λύση αποτέλεσε η κυτταρική αρχιτεκτονική των δέντρων, στις εργαστηριακές δοκιμές, το υλικό άντεξε 1.000 κύκλους θέρμανσης και ψύξης χωρίς καμία διαρροή ή απώλεια δομικής αντοχής.
Η ερευνητική ομάδα επικεντρώνεται τώρα στη βελτίωση και την εμπορευματοποίηση αυτής της τεχνολογίας, με στόχο να φέρει την ενεργειακά αποδοτική ρύθμιση της θερμοκρασίας στην αγορά.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, η επιτυχία του έργου πηγάζει από μια ισχυρή διεπιστημονική συνεργασία με εθνικά εργαστήρια, αποδεικνύοντας ότι τα βιώσιμα υλικά μπορούν να μετατραπούν σε βιώσιμες, πραγματικές τεχνικές λύσεις. Η ομάδα του UT Dallas συνεργάστηκε με ερευνητές από ιδρύματα όπως το Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας — που πρόσφατα μετονομάστηκε σε Εθνικό Εργαστήριο Rockies— το οποίο υποστήριξε το έργο, το Πανεπιστήμιο του Κολοράντο στο Μπόλντερ, το Εθνικό Εργαστήριο Λόρενς Μπέρκλεϊ και το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϊ.
Τα ευρήματα δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Materials Today Energy.
[ΦΩΤΟ ΑΡΧΕΙΟΥ]
