Budynki pochłaniają dużo energii, dostarczając około 40% światowej produkcji energii. Duża część tej energii jest tracona z powodu nieefektywnych okien, które przepuszczają ciepło zimą i zatrzymują nadmiar ciepła latem. Problem nie dotyczy tylko ekonomii; jest to kluczowa kwestia w dążeniu do zrównoważonej infrastruktury. Chociaż budynki bez okien nie są realnym rozwiązaniem, naukowcy z Uniwersytetu Colorado w Boulder być może znaleźli praktyczną alternatywę: przezroczysty izolator imitujący strukturę folii bąbelkowej.
Wyzwanie związane z przezroczystą izolacją
Tradycyjna izolacja blokuje przenikanie ciepła, ale okna wymagają przezroczystości. Znalezienie materiałów, które wyróżniałyby się w obu aspektach, okazało się wyzwaniem. Ivan Smalyukh, fizyk materiałowy na CU Boulder, wyjaśnia: „Naprawdę trudno jest znaleźć przezroczyste izolatory”. Rozwiązanie zespołu, zwane Mesoporous Optically Clear Heat Insulator (MOCHI), bezpośrednio rozwiązuje ten problem.
Jak działa MOCHI: mikroskopijna sieć powietrzna
MOCHI to żel silikonowy o unikalnej strukturze wewnętrznej. Podobnie jak aerożele stosowane w łazikach marsjańskich NASA, zatrzymuje powietrze w mikroskopijnej sieci porów. Jednakże MOCHI różni się lokalizacją tych porów. Aerożele rozpraszają światło dzięki losowemu rozmieszczeniu porów, czyniąc je nieprzezroczystymi. Zamiast tego MOCHI wykorzystuje środki powierzchniowo czynne do tworzenia wyrównanych nitkowatych struktur w ciekłej bazie silikonowej. Zastępując środek powierzchniowo czynny powietrzem, zespół stworzył matrycę mikroskopijnych rurek.
Rezultatem jest materiał składający się w 90% z powietrza. Ta wysoka zawartość powietrza znacznie zmniejsza przenoszenie ciepła, ponieważ maleńkie pory ograniczają zderzenia molekularne, główny mechanizm przenoszenia ciepła w gazach. Jak wyjaśnia Smalyukh, cząsteczki „wpływają na ściany porów”, zamiast swobodnie wymieniać energię.
Wydajność i potencjał
MOCHI jest na tyle skuteczny, że arkusz o grubości zaledwie 5 milimetrów może ochronić Twoją dłoń przed otwartym ogniem. Należy zauważyć, że odbija tylko około 0,2% wpadającego światła, zachowując niemal idealną przezroczystość. Oprócz izolacji, materiał ten można nawet wykorzystać do wychwytywania ciepła w celu zrównoważonej produkcji energii.
„Nawet w pochmurny dzień można nadal zużywać dużo energii, a następnie wykorzystać ją do ogrzania wody i wnętrza budynku” – wyjaśnia Smalyukh.
Trudności produkcyjne i perspektywy na przyszłość
Pomimo stosowania niedrogich składników, obecny proces produkcyjny MOCHI jest powolny i pracochłonny. Celem zespołu badawczego jest optymalizacja produkcji, torując drogę do powszechnego zastosowania w projektowaniu architektonicznym. Chociaż skalowanie pozostaje wyzwaniem, potencjalne korzyści – zmniejszone straty energii i zrównoważone rozwiązania grzewcze – sprawiają, że MOCHI jest obiecującym osiągnięciem w technologii budowlanej.
Podsumowując, MOCHI stanowi znaczący krok w kierunku bardziej energooszczędnych budynków. Jego unikalna konstrukcja rozwiązuje długotrwały problem izolacji, a jeśli uda się przezwyciężyć trudności produkcyjne, może znacznie zmniejszyć zużycie energii w sektorze budowlanym.
