Gebouwen zijn grote energieverbruikers en nemen ongeveer 40% van de mondiale energieproductie voor hun rekening. Een aanzienlijk deel van deze energie gaat verloren door inefficiënte ramen, die in de winter warmte lekken en in de zomer overmatige warmte vasthouden. Het probleem is niet alleen economisch; het is een kernprobleem in het streven naar duurzame infrastructuur. Hoewel gebouwen zonder ramen geen haalbare oplossing zijn, hebben onderzoekers van de Universiteit van Colorado Boulder misschien een praktisch alternatief gevonden: een transparante isolator die de structuur van noppenfolie nabootst.
De uitdaging van transparante isolatie
Conventionele isolatie werkt door de warmteoverdracht te blokkeren, maar ramen vereisen transparantie. Het vinden van materialen die in beide uitblinken, is ongrijpbaar gebleken. Ivan Smalyukh, materiaalfysicus bij CU Boulder, legt uit: “Het vinden van isolatoren die transparant zijn, is een hele uitdaging.” De oplossing van het team, genaamd Mesoporous Optically Clear Heat Insulator (MOCHI), pakt dit probleem frontaal aan.
Hoe MOCHI werkt: een microscopisch luchtnetwerk
MOCHI is een siliconengel met een unieke interne structuur. Net als aerogels die worden gebruikt in NASA’s Mars-rovers, houdt het lucht vast in een microscopisch netwerk van poriën. MOCHI onderscheidt zich echter door de rangschikking van deze poriën. Aerogels verstrooien licht vanwege de willekeurige verdeling van de poriën, waardoor ze ondoorzichtig worden. MOCHI gebruikt in plaats daarvan oppervlakteactieve stoffen om uitgelijnde, draadachtige structuren te creëren binnen een vloeibare siliconenbasis. Door de oppervlakteactieve stof te vervangen door lucht creëerde het team een matrix van microscopisch kleine buisjes.
Het resultaat is een materiaal dat voor 90% uit lucht bestaat. Dit hoge luchtgehalte vermindert de warmteoverdracht drastisch, omdat de kleine poriën moleculaire botsingen beperken – het belangrijkste mechanisme van warmteoverdracht in gassen. Zoals Smalyukh het stelt: de moleculen “botsen tegen de wanden van de poriën” in plaats van vrijelijk energie uit te wisselen.
Prestaties en potentieel
MOCHI is zo effectief dat een vel van slechts 5 millimeter een hand kan beschermen tegen open vuur. Cruciaal is dat het slechts ongeveer 0,2% van het binnenkomende licht reflecteert, waardoor een vrijwel perfecte transparantie behouden blijft. Naast isolatie kan het materiaal zelfs worden gebruikt om warmte op te vangen voor de productie van duurzame energie.
“Zelfs als het een enigszins bewolkte dag is, kun je nog steeds veel energie benutten en deze vervolgens gebruiken om je water en het interieur van je gebouw te verwarmen”, legt Smalyukh uit.
Productiehindernissen en toekomstperspectieven
Ondanks het gebruik van goedkope ingrediënten is het huidige productieproces van MOCHI langzaam en arbeidsintensief. Het onderzoeksteam streeft ernaar de productie te stroomlijnen en zo de weg vrij te maken voor brede acceptatie in architectonische ontwerpen. Hoewel schaalvergroting een uitdaging blijft, maken de potentiële voordelen – minder energieverspilling en duurzame verwarmingsoplossingen – MOCHI tot een veelbelovende ontwikkeling in de bouwtechnologie.
Kortom, MOCHI vertegenwoordigt een belangrijke stap in de richting van energiezuinigere gebouwen. Het unieke ontwerp pakt een al lang bestaand probleem op het gebied van isolatie aan, en als productiehindernissen kunnen worden overwonnen, zou het het energieverbruik in de bouwsector drastisch kunnen verminderen.
