Σύμφωνα με εκτιμήσεις, η λειτουργία των κτιρίων αντιπροσωπεύει σχεδόν το 30% της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας, 151 EJ, και εκπέμπει το 10% του συνόλου των παγκόσμιων αερίων του θερμοκηπίου. Περίπου το ήμισυ αυτού του ενεργειακού αποτυπώματος αποδίδεται στη θέρμανση και ψύξη των εσωτερικών χώρων των κτιρίων.
Για να αντιμετωπίσουν την πρόκληση της εξοικονόμησης ενέργειας, ενόψει ολοένα και συχνότερα ακραίων καιρικών φαινομένων και μεταβαλλόμενων καιρικών συνθηκών, ερευνητές της School of Molecular Engineering (PME) του Πανεπιστημίου του Chicago σχεδίασαν ένα δομικό υλικό με συμπεριφορά «χαμαιλέοντα» που αλλάζει τη συχνότητα υπέρυθρης απορρόφησης και μεταβάλλει το ποσό της θερμότητας που απορροφά ή εκπέμπει σύμφωνα με την εξωτερική θερμοκρασία.
Τις ζεστές μέρες, το υλικό μπορεί να εκπέμψει έως και το 92% της υπέρυθρης θερμότητας που εμπεριέχει, βοηθώντας στην ψύξη του εσωτερικού ενός κτιρίου. Ωστόσο, εκπέμπει μόλις το 7% της υπέρυθρης θερμότητας τις κρύες μέρες του χειμώνα, διατηρώντας ένα κτίριο ζεστό.
Είναι ήδη αναπτυγμένα υλικά ψύξης μέσω ακτινοβόλησης που επιτρέπουν στα κτίρια να διατηρούνται δροσερά, ενισχύοντας την ικανότητά τους να εκπέμπουν την υπέρυθρη θερμότητα, η οποία αναπτύσσεται από τη θερμότητα που εκπέμπουν άνθρωποι και αντικείμενα. Επίσης, υπάρχουν υλικά που εμποδίζουν την εκπομπή θερμότητας σε ψυχρά κλίματα. Αλλά οι ερευνητές λένε ότι υπάρχει ανάγκη τα κτίρια να μπορούν να προσαρμοστούν. Λίγες περιοχές παγκοσμίως έχουν ανάγκη μόνο για συνεχή ψύξη ή θέρμανση.
Για να αντιμετωπιστεί αυτό, ο επίκουρος καθηγητής Po-Chun Hsu, ο οποίος ηγήθηκε της έρευνας, και η ομάδα του, σχεδίασαν ένα μη εύφλεκτο «ηλεκτροχρωμικό» δομικό υλικό που περιέχει ένα στρώμα που μπορεί να λάβει δύο διαμορφώσεις: συμπαγή χαλκό που διατηρεί την περισσότερη υπέρυθρη θερμότητα, βοηθώντας να διατηρείται το κτίριο ζεστό, ή εναλλακτικά, ένα υδαρές διάλυμα που εκπέμπει την υπέρυθρη θερμότητα και συμβάλλει στην ψύξη του κτιρίου. Η συσκευή χρησιμοποιεί μια μικρή ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας για να προκληθεί η χημική μετατόπιση μεταξύ των δύο καταστάσεων, είτε εναποθέτοντας χαλκό σε μορφή λεπτού φιλμ ή αφαιρώντας αυτόν τον χαλκό.
Οι ερευνητές λένε ότι η συσκευή μπορεί να αλλάζει γρήγορα και αναστρέψιμα μεταξύ της κατάστασης μετάλλου και υγρού και η εναλλαγή παραμένει αποδοτική μεταξύ των δύο διαμορφώσεων ακόμη και μετά από 1.800 κύκλους.
Στη συνέχεια, η ομάδα δημιούργησε μοντέλα για το πώς το υλικό τους θα μπορούσε να μειώσει το ενεργειακό κόστος σε τυπικά κτίρια σε 15 διαφορετικές πόλεις των ΗΠΑ. Σε ένα μέσο εμπορικό κτίριο, λένε οι ερευνητές, η ηλεκτρική ενέργεια που χρησιμοποιείται για να προκαλέσει ηλεκτροχρωμικές αλλαγές στο υλικό θα ήταν μικρότερη από το 0,2% της συνολικής κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας του κτιρίου, αλλά θα μπορούσε να εξοικονομήσει το 8,4% της ετήσιας κατανάλωσης ενέργειας για ψύξη και θέρμανση.
«Μόλις κάνετε εναλλαγή μεταξύ των δύο διαμορφώσεων, δε χρειάζεται να καταναλώνετε περισσότερη ενέργεια για να παραμείνετε σε αυτή τη διαμόρφωση, είπε ο Hsu. «Επομένως, για κτίρια όπου δε χρειάζεται να υπάρχουν εναλλαγές μεταξύ αυτών των διαμορφώσεων πολύ συχνά, η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας από το υλικό είναι πραγματικά αμελητέα».
Μέχρι στιγμής, οι ερευνητές έχουν δημιουργήσει μόνο κομμάτια του υλικού που έχουν διάμετρο περίπου έξι εκατοστών. Ωστόσο, πολλά τέτοια κομμάτια του υλικού θα μπορούσαν να συναρμολογηθούν σε μεγαλύτερα φύλλα και το υλικό θα μπορούσε επίσης να τροποποιηθεί ώστε να χρησιμοποιεί διαφορετικά, προσαρμοσμένα χρώματα χωρίς να επηρεάζεται η ικανότητα του να απορροφά την υπέρυθρη ακτινοβολία.
Επί του παρόντος, η ερευνητική ομάδα διερευνά διαφορετικούς τρόπους κατασκευής του υλικού και επίσης σχεδιάζει να διερευνήσει τον τρόπο με τον οποίο οι ενδιάμεσες καταστάσεις του υλικού θα μπορούσαν να είναι χρήσιμες. «Ουσιαστικά έχουμε βρει έναν τρόπο χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας για να αντιμετωπίζουμε ένα κτίριο σαν ένα άτομο. Προσθέτεις ένα στρώμα όταν κρυώνεις και το βγάζεις όταν ζεσταίνεσαι. Ένα έξυπνο υλικό αυτού του είδους μας επιτρέπει να διατηρήσουμε τη θερμοκρασία σε ένα κτίριο χωρίς να καταναλώνουμε τεράστιες ποσότητες ενέργειας», αναφέρει ο Po-Chun Hsu.
Με πληροφορίες από inceptivemind.com
