ГРАФЕНОВОЕ ЧУДО: сэкономить до 8,4% энергии при отоплении и охлаждении домов
Графен — самый прочный и легкий материал на Земле. Представляет собой гексагональную решетку, состоящую из атомов углерода / good-time-invest.com
Ученые из Университета науки и технологий имени короля Абдаллы в Саудовской Аравии и Чикагского университета смогли приблизиться к решению проблемы энергетической эффективности зданий не только в холодное, но и в жаркое время года.
РАДИАЦИОННОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ
Для начала, чтобы лучше понять особенности новой технологии, необходимо разобраться с интересным природным явлением, которое называется радиационным охлаждением.
Мир вокруг, включая нас самих, излучает тепло в виде среднего инфракрасного излучения — электромагнитных волн. Невооруженным взглядом мы их и не заметим, ведь они имеют более низкую частоту, чем, например, свет. Но с помощью специальных датчиков мы можем наблюдать этот процесс:
«Люди могут использовать тепловизионную камеру и видеть объекты, людей, здания, которые излучают энергию 24 часа в сутки, 7 дней в неделю», — подмечает По-Чун Хсу, молекулярный инженер из Чикагского университета и ведущий автор исследования.
Более красочная картина возникает, если навести подобный прибор на Землю, — мы увидим, как наш родной голубой шар излучает тепло в открытый космос.
«К счастью, наша атмосфера позволяет большему количеству среднего инфракрасного излучения проникать за пределы планеты по сравнению с другими длинами волн света. Хотя большая часть этого тепла покидает Землю, некоторая часть все еще задерживается в виде парниковых газов в атмосфере — этого достаточно, чтобы нарушить тепловой баланс планеты и вызвать повышение ее температуры», — объясняет Питер Бермель, инженер-электрик из Университета Пердью.
Повышение температуры окружающей среды стимулировало исследователей найти способы сберечь тепло, исходящее из помещений. Однако температура может не только расти, но и снижаться, особенно в холодное время года. И ученые, кажется, смогли найти решение, как максимизировать энергоэффективность наших домов.
ЧУДО-МАТЕРИАЛ
Материаловеды разработали специальную пленку, тоньше кредитной карты, в которую можно «завернуть» здание и сберечь большую часть энергии. Переключаясь между режимами отопления и охлаждения, новая разработка ученых позволит удерживать тепло зимой и отталкивать избыточную теплоту жарким летом.
Важным компонентом пленки является углеродистое соединение, которое называют «материалом будущего», — графен. Еще в 2010 году за «передовые опыты с графеном Андрею Гейму и Константину Новоселову была присуждена Нобелевская премия по физике.
Этот прозрачный и непроницаемый материал обладает рекордным показателем теплопроводности, выше, чем у меди, а его прочность и гибкость в сотни раз превышают те же показатели для стальных изделий. При объединении 3 миллионов листовых заготовок графена суммарная толщина готового изделия будет не более 1 мм.
Согласно расчетам ученых, применение этой пленки снаружи помещений позволит сэкономить до 8,4% энергии, которая используется для их отопления или охлаждения. Дополнительно к энергоэффективности новая технология меняет и цвет здания — от белого летом до медно-металлического зимой. А если кому-то не по душе такой дизайн, его можно с легкостью изменить, предварительно нанеся специальную краску нужного цвета.
«В настоящее время это только самый первый шаг для демонстрации механизма, и мы уже видим очень хороший прогресс», — говорит Цяоцян Ган, материаловед и инженер из Университета науки и технологий имени короля Абдаллы в Саудовской Аравии.
Ученые провели множество тестов и экспериментов, прежде чем у них получилось создать в меру безопасный и удобный инструмент, однако, несмотря на старания инженеров, у него есть ряд своих недостатков.
НЕ ВСЕ ТАК ГЛАДКО
Главный недостаток заключается в высокой стоимости графена. Его чрезвычайная тонкость способствует высокой тепловой проходимости, что необходимо для работы созданной технологии. Но для того чтобы запустить массовое производство, ученые планируют подобрать менее качественный графен.
Однако первоначальная высокая стоимость — это не «неизлечимая болезнь» новой разработки. Существует множество примеров, когда в начале своего пути какой-то инновационный продукт, к примеру сотовый телефон или персональный компьютер, стоил очень дорого и не мог найти свое место на рынке технологий. Но с течением времени лучшие умы мира, работавшие над своими детищами с должным упорством, находили необходимые улучшения, которые позволили сделать инновации доступными для каждого человека.
В этом уверены и авторы разработок — они надеются, что в ближайшем будущем смогут найти альтернативные решения этих проблем и сберегут энергию и тепло для миллионов домов.
