Новый способ охлаждения зданий экономит электроэнергию
Dynamically Tunable All-Weather Daytime Cellulose Aerogel Radiative Supercooler for Energy-Saving Building
Новая белая пена на основе древесины имеет охлаждающую способность даже под прямыми солнечными лучами. Очень много энергии расходуется на отопление и охлаждение домов и зданий. Поэтому ученые активно ищут новые способы пассивного регулирования температуры. В ходе нового исследования инженеры из Китая и Германии разработали новую пену на древесной основе. Она охлаждает здания и ее работу можно легко настроить.
По сути, это вспененное вещество, сделанное из дерева, которое отражает солнечный свет, действует как теплоизоляция и отдает поглощенное тепло обратно в атмосферу.
Материал сделан из нанокристаллов целлюлозы, соединенных силановым мостиком (Si-O-Si), который затем лиофилизируют в белую легкую пену. Конечный продукт отражает 96% видимого солнечного света и испускает 92% поглощаемого им инфракрасного излучения.
Чтобы проверить способность материала к охлаждению, исследователи поместили его над коробкой, выстланной внутри алюминиевой фольгой, и поставили под прямыми солнечными лучами в полдень. Материал сохранял температуру внутренней части коробки на 9,2 °C холоднее, чем воздух снаружи. Исследователи подсчитали, что если масштабировать его на крышу и стены здания, это может снизить потребность в энергии для охлаждения в среднем на 35%.
Самое интересное, что охлаждающая способность пены уменьшалась, если ее сжимать. Это может показаться недостатком, но инженеры уверены, что так ее можно настроить в соответствии с условиями погоды или окружающей среды.
Иллюстрация: Новый способ охлаждения зданий позволяет экономить на кондиционерах — 4PDA
4pda.to
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.2c00844
Крупнейший в Израиле специалист по целлюлозе — Действительный член Нью-Йоркской Aкадемии Hаук, профессор, доктор химических наук М. Иоелович профессионально прокомментировал статью.
Замечание по поводу статьи в НИЖИ «Актуально для Израиля» опубликованной 24.05.22 (https://nizinew.com/nauka/texnicheskie-nauki/aktualno-dlya-izrailya.html)
В этой статье отмечается, что исследователи из Китая и Германии разработали пену на основе нанокристаллитов целлюлозы (НКЦ), модифицированных метил-триметокси-силаном (МТМС). Это пена предназначена для теплоизоляции, и по данным авторов, действительно предотвращает поверхности от нагревания при выдержке на солнце. Кроме того, после химической модификации НКЦ с помощью МТМС (силилирования) такая пена устойчива к влаге и противостоит переменным погодным условиям.
Для получения пены, водную дисперсию силилирванных НКЦ с концентрацией 5 мг/мл (5 кг/куб. м) отливают в форму и сушат вымораживанием при температуре жидкого азота, а затем дополнительно высушивают при 80оС.
Однако практическое применение предлагаемой пены вряд ли возможно вследствие отсутствия промышленного производства нанокристаллитов целлюлозы и их очень высокой оценочной себестоимости, $20-30 за 1 кг (см. Adv. Env. Waste Manag. Recycling. 2020, 3, 128-132). Если учесть все расходы, включая зарплату, амортизацию оборудования, накладные расходы и др., то фактическая себестоимость производства НКЦ может быть как минимум в 2 раза выше. В настоящее время в некоторых странах имеются пилотные установки, где разрабатывается технология производства и готовятся образцы НКЦ для изучения их структуры и свойств. Например, Канадская компания Cellulose Lab продает небольшие образцы НКЦ по огромной цене $2000-8000 за 1 кг НКЦ. Цена модифицированных образцов НКЦ еще выше.
Если считать, что после разработки промышленной технологии производства стоимость НКЦ составит $20, а стоимость модифицированных НКЦ $30, то можно рассчитать, что стоимость 1 куб. м пены, содержащей 5 кг модифицированных НКЦ, будет $150. И это только себестоимость, а не продажная стоимость, которая как минимум в 2 раза выше, $300. Если сравнить стоимость пены на основе НКЦ с рыночной стоимостью промышленной полиуретановой (ПУ) пены ($10-15 за 1 куб. м), которая используется для теплоизоляции крыш зданий много десятков лет, то оказывается, что предлагаемая пена на основе модифицированных НКЦ будет в 20-30 раз дороже ПУ пены, и поэтому даже в случае организации промышленного производства НКЦ пена вряд ли сможет найти спрос.
Проф. Михаил Иоелович
