Okna to odwieczny problem architektów i inżynierów zajmujących się efektywnością energetyczną. Ściany można grubo ocieplić, ale szyba musi pozostać przejrzysta, a to oznacza bolesny kompromis między widokiem na świat a rachunkami za ogrzewanie i chłodzenie. Przez ostatnie lata odpowiedzią na ten problem było pogrubianie pakietów szybowych, wypełnianie ich gazami szlachetnymi i pokrywanie warstwami niskoemisyjnymi. Zyski z każdej kolejnej innowacji stają się jednak coraz mniejsze, a koszt i masa rosną. Niespodziewanie jednak naukowcy z University of Colorado Boulder ogłosili prace nad materiałem, który w zamyśle ma pogodzić obie te cechy.
Czytaj też: Elektryczne samochody “na węgiel”? Te nowe akumulatory mogą wreszcie przekonać kierowców
Kluczem do nowego sukcesu w zakresie energooszczędności okien ma być żel silikonowy o nazwie MOCHI, który łączy w sobie dwie pozornie wykluczające się właściwości: niemal idealną przezroczystość i doskonałą izolację termiczną. Ten nowy materiał izolacyjny może zmienić sposób projektowania budynków, co ma ogromne znaczenie w kontekście globalnego zużycia energii, jako że sektor budowlany odpowiada za około czterdzieści procent. Perspektywa poprawy efektywności bez rezygnacji z naturalnego światła brzmi niezwykle atrakcyjnie, choć musimy pamiętać, że droga od laboratorium do masowego zastosowania bywa wyboista.
Mikroskopijne pułapki na ciepło. Jak działa izolator MOCHI
Skuteczność materiału zwanego Mesoporous Optically Clear Heat Insulator (MOCHI) tkwi w jego niecodziennej strukturze. Ponad dziewięćdziesiąt procent jego objętości stanowi powietrze zamknięte w sieci mikroskopijnych porów, z których każdy jest wielokrotnie cieńszy od ludzkiego włosa. Taka specyficzna architektura tworzy środowisko, w którym ciepło ma ogromne trudności z przemieszczaniem się, bo struktura przypomina labirynt dla cząsteczek gazu. W efekcie “cząsteczki nie mają szansy swobodnie zderzać się ze sobą i wymieniać energii. Zamiast tego uderzają w ścianki porów”, a to sprawia, że molekuły tracą impet, a transfer energii cieplnej jest skutecznie blokowany. Dzięki temu arkusz materiału grubości zaledwie pięciu milimetrów izoluje na tyle skutecznie, że można przez niego bezpiecznie trzymać płomień w dłoni.
Czytaj też: Montowanie paneli słonecznych na dachach nie musi być utrapieniem. Przez wszystkie te lata robiliśmy to źle?
Dotychczasowe przezroczyste lub półprzezroczyste izolatory, jak różnego rodzaju aerożele, często były mętne i zniekształcały obraz, co ograniczało ich użyteczność w oknach. MOCHI radykalnie podnosi poprzeczkę. Dzięki precyzyjnej kontroli nad wielkością pęcherzyków powietrza materiał praktycznie nie rozprasza światła, pozostając wyjątkowo przejrzystym. Z kolei sama potencjalna aplikacja jest prosta, bo cienkie arkusze MOCHI można po prostu nakładać na wewnętrzne strony istniejących szyb. Otwiera to drogę do termomodernizacji budynków bez konieczności kosztownej i skomplikowanej wymiany całych okien.
Od laboratorium do masowej produkcji. Wyzwania i potencjał
Obecnie materiał wytwarzany jest wyłącznie w warunkach laboratoryjnych, co naturalnie stanowi barierę dla jego dostępności. Zespół pracuje jednak nad usprawnieniem i skalowaniem procesu produkcyjnego. Podstawą do ostrożnego optymizmu jest fakt, że surowce potrzebne do produkcji MOCHI są stosunkowo tanie, co zwiększa szanse na przyszłą komercjalizację. Zastosowania wykraczają jednak poza zwykłą izolację termiczną okien, bo inżynierowie widzą w tym materiale komponent dla urządzeń do pasywnego pozyskiwania energii słonecznej. To tylko pokazuje, że MOCHI traktuje się nie tylko jako barierę, ale potencjalnie także jako element aktywnych systemów energetycznych.
Czytaj też: Akumulatory litowo-siarkowe były zbyt piękne, by działać. Ten materiał to zmieni
Gdyby tylko udało się przenieść laboratoryjne osiągnięcia na skalę przemysłową, moglibyśmy świadkami znaczącego postępu w projektowaniu budynków. Wtedy bowiem wizja utrzymania komfortu cieplnego przy drastycznie zmniejszonym zużyciu energii przestałaby być czysto teoretyczna.