ГРАФЕНОВЕ ДИВО: заощадити до 8,4% енергії при опаленні та охолодженні будинків
Графен — найміцніший і найлегший матеріал на Землі. Являє собою гексагональну решітку, що складається з атомів вуглецю / good-time-invest.com
Вчені з Університету науки і технологій імені короля Абдалли в Саудівській Аравії та Чиказького університету змогли наблизитися до вирішення проблеми енергетичної ефективності будівель не лише в холодну, але і в спекотну пору року.
РАДІАЦІЙНЕ ОХОЛОДЖЕННЯ
Для початку, щоб краще зрозуміти особливості нової технології, необхідно розібратися з цікавим природним явищем, яке називається радіаційним охолодженням.
Світ навколо, включаючи нас самих, випромінює тепло у вигляді середнього інфрачервоного випромінювання — електромагнітних хвиль. Неозброєним оком ми їх і не помітимо, адже вони мають нижчу частоту, ніж, наприклад, світло. Але за допомогою спеціальних датчиків ми можемо спостерігати цей процес:
«Люди мають змогу використовувати тепловізійну камеру і бачити об’єкти, людей, будівлі, які випромінюють енергію 24 години на добу, 7 днів на тиждень», — зауважує По-Чун Хсу, молекулярний інженер з університету Чикаго і провідний автор дослідження.
Барвистіша картина виникає, якщо навести подібний прилад на Землю, — ми побачимо, як наша рідна блакитна куля випромінює тепло у відкритий космос.
«На щастя, наша атмосфера дозволяє більшій кількості середнього інфрачервоного випромінювання проникати за межі планети, порівняно з іншими довжинами хвиль світла. Хоча більша частина цього тепла залишає Землю, деяка частина все ще затримується у вигляді парникових газів в атмосфері — цього достатньо, щоби порушити тепловий баланс планети та викликати підвищення її температури», — пояснює Пітер Бермель, інженер-електрик з Університету Пердью.
Підвищення температури навколишнього середовища стимулювало дослідників знайти способи зберегти тепло, що виходить із приміщень. Однак температура може не тільки зростати, а й знижуватися, особливо в холодну пору року. І вчені, здається, спромоглися знайти рішення, як максимізувати енергоефективність наших будинків.
ДИВО-МАТЕРІАЛ
Матеріалознавці розробили спеціальну плівку, тоншу за кредитну картку, в яку можна «загорнути» будівлю і зберегти більшу частину енергії. Перемикаючись між режимами опалення та охолодження, нова розробка вчених дозволить утримувати тепло взимку та відштовхувати надмірну теплоту спекотним літом.
Важливим компонентом плівки є вуглецева сполука, яку називають «матеріалом майбутнього», — графен. Ще у 2010 році за «передові досліди з графеном Андрію Гейму та Костянтину Новосьолову було присуджено Нобелівську премію з фізики.
Цей прозорий і непроникний матеріал має рекордний показник теплопровідності, вищий, ніж у міді, а його міцність та гнучкість у сотні разів перевищують ті ж показники для сталевих виробів. При об’єднанні 3 мільйонів листових заготовок графену сумарна товщина готового виробу буде трохи більше 1 мм.
Згідно з розрахунками вчених, застосування цієї плівки зовні приміщень дозволить заощадити до 8,4% енергії, яка використовується для їхнього опалення чи охолодження. Додатково до енергоефективності нова технологія змінює і колір будівлі — від білого влітку до мідно-металевого взимку. А якщо комусь не до душі такий дизайн, його можна легко змінити, попередньо нанісши спеціальну фарбу потрібного кольору.
«Наразі це лише перший крок для демонстрації механізму, і ми вже бачимо дуже хороший прогрес», — каже Цяоцян Ган, матеріалознавець та інженер з Університету науки та технологій імені короля Абдалли в Саудівській Аравії.
Вчені провели безліч тестів та експериментів, перш ніж їм вдалося створити в міру безпечний і зручний інструмент, однак, незважаючи на старання інженерів, у нього є низка своїх недоліків.
НЕ ВСЕ ТАК ГЛАДКО
Головний недолік полягає у високій вартості графену. Його надзвичайна тонкість сприяє високій тепловій прохідності, що необхідно для роботи створеної технології. Але для того, щоби запустити масове виробництво, вчені планують підібрати менш якісний графен.
Проте первісна висока вартість — це не «невиліковна хвороба» нової розробки. Існує безліч прикладів, коли на початку свого шляху якийсь інноваційний продукт, наприклад стільниковий телефон або персональний комп’ютер, коштував дуже дорого і не міг знайти своє місце на ринку технологій. Але з часом найрозумніші люди світу, які працювали над своїми творіннями з належною завзятістю, знаходили необхідні поліпшення, які дозволили зробити інновації доступними для кожної людини.
У цьому впевнені й автори розробок — вони сподіваються, що найближчим часом зможуть знайти альтернативні вирішення цих проблем та збережуть енергію і тепло для мільйонів будинків.
