Utrzymanie pożądanej przez nas temperatury w pomieszczeniach latem czy zimą wymaga dużej mocy. W Stanach Zjednoczonych aż połowa energii zużywanej w domach przeznaczana jest na ogrzewanie i chłodzenie. To z kolei stanowi znaczną część rachunków i przyczynia się do wzrostu emisji gazów cieplarnianych.

Wiele budynków ma co prawda ściany wypełnione izolacją, jednak nadal spora część nieruchomości jest szokująco nieefektywna energetycznie.

Naukowcy od dziesięcioleci pracują nad zaawansowanymi technologicznie rozwiązaniami tego problemu. I w końcu stworzyli coś, co może okazać się przełomem – powstała folia, która jest cieńsza od karty kredytowej i zużywa bardzo mało energii. Odkrycie zostało niedawno opisane w Nature Sustainability.

Jak działa magiczna powłoka? Wykorzystuje naturalne zjawisko zwane chłodzeniem radiacyjnym, które powoduje spadek temperatury na zewnątrz w nocy i pomaga ochłodzić całą Ziemię. Sama powłoka może przełączać się między wysoką a niską emisją ciepła za pomocą prostego impulsu elektrycznego. To system podobny do tego, który używany jest np. przy dynamicznych oknach, które mogą przełączać się z przezroczystych na nieprzezroczyste, aby kontrolować ilość przepuszczanego światła. Do tej pory jednak żadna folia budowlana dawała podobnego efektu w przypadku ciepła średniej podczerwieni.

Nowy materiał uruchamia się w trybie chłodzenia. Pod niewiarygodnie cienkim przewodnikiem elektrycznym znajduje się mały zbiornik wody z rozpuszczonymi w nim jonami miedzi. W tym stanie urządzenie w naturalny sposób oddaje ciepło, chłodząc wnętrze budynku. Następnie, gdy warstwa przewodząca otrzyma niewielki ładunek elektryczny, rozpuszczona miedź osadza się na jej powierzchni, tworząc cienką warstwę na zbiorniku. Ponieważ miedź emituje bardzo mało ciepła w zakresie średniej podczerwieni, które pochłania, urządzenie zatrzymuje teraz ciepło. Tę zmianę można oczywiście odwracać, chociaż wielokrotne użycie tego systemu przynosi coraz mniejszy efekt: po tysiącu cyklów zarówno tryby chłodzenia, jak i grzania są mniej wydajne.

Budynek po ‘owinięciu’ taką folią zmieniałby również kolor, z białego latem na metaliczno-miedziany zimą.

Autorzy szacują, że zastosowanie tej technologii na zewnątrz budynku może zaoszczędzić 8,4 proc. energii zużywanej do ogrzewania i chłodzenia w klimatach, w których występują drastyczne wahania temperatur w ciągu roku. Niestety to obiecujące rozwiązanie ma również swoje wady. Jest to wspomniana utrata wydajności, związana z upływem czasu, oraz wysoki koszt. Cienka elektroda pokrywająca zewnętrzną warstwę folii to wysokiej jakości grafen, drogi węgiel o grubości jednego atomu. Aby folia sprawdziła się przy użytku komercyjnym, naukowcy będą musieli osiągnąć ten sam wynik przy użyciu tańszych materiałów – i to takich, które można wyprodukować na dużą skalę. Badacze już planują eksperymenty z grafenem niższej jakości i innymi materiałami, aby znaleźć bardziej opłacalny zamiennik. Planują również wypróbować tańsze metale, takie jak cynk, aby zastąpić miedź.

Tekst: MZ