Coraz częściej wraca temat magazynowania energii cieplnej w samych materiałach budowlanych. Nie jest to więc produkcja energii, tylko jej przesuwanie tak, by upał z południa nie zamieniał salonu w szklarnię o 16:00, a chłód nocy nie wymuszał agresywnego dogrzewania o świcie. W tym właśnie miejscu pojawia się projekt, który na papierze wygląda niepozornie, bo jego rdzeniem jest… drewno.
Drewno jako bateria cieplna to znacznie bardziej skomplikowany temat
Zespół z University of Texas at Dallas wraz z partnerami z kilku ośrodków (m.in. University of Colorado Boulder, Lawrence Berkeley National Laboratory i University of California, Berkeley) opisał i nagłośnił kompozyt drewnopochodny, który ma magazynować ciepło i oddawać je bez udziału energii elektrycznej. Oznacza to, że nie wymaga zasilania, by wykonać sam cykl ładowania i rozładowania termicznego. W informacji prasowej pojawia się też stwierdzenie o opatentowaniu rozwiązania, więc sprawa wydaje się nie być ot byle kolejnym osiągnięciem Wielkich Głów.
Czytaj też: Wywrócili do góry nogami podstawowe zasady. Statek zbudowany z tego materiału nie utonie
Klucz jest w materiałach zmiennofazowych (PCM). To substancje, które pochłaniają dużo energii cieplnej w momencie topnienia, a potem oddają ją przy krzepnięciu. W praktyce działają jak termiczny bufor: zamiast pozwolić, żeby temperatura w pomieszczeniu szybko rosła, część energii idzie w “zmianę stanu” materiału, a nie w podgrzewanie powietrza i powierzchni. Taki mechanizm bywa rozważany w przegrodach budowlanych od lat, bo potrafi poprawiać komfort i redukować wahania temperatur, ale jego opłacalność i skuteczność zależą od klimatu, projektu budynku i doboru temperatury przemiany fazowej.
Jak drewno rozwiązuje problem PCM?
PCM mają swoją ciemną stronę: kiedy stają się cieczą, potrafią migrować, wyciekać, degradować się w czasie albo tracić parametry. Klasycznym obejściem jest kapsułkowanie (mikro- lub makro) albo zamykanie PCM w “nośniku”. Tyle tylko, że nośnik bywa termicznie martwy, bo wprawdzie stabilizuje, ale obniża efektywną pojemność magazynu ciepła. Stanowi to jeden z powodów, dla których PCM częściej ogląda się w demonstratorach technologii niż rzeczywistych rozwiązaniach. Teraz jednak drewno może w tej kwestii namieszać.
Czytaj też: Ten samolot miał utrzymać Międzynarodową Stację Kosmiczną, ale stanie się jeszcze ważniejszy
W opisywanym projekcie postawiono na drewno jako naturalny szkielet porowaty. Badacze usuwają z niego ligninę, uzyskując strukturę bardziej “gąbczastą” z mikroporami, a potem wypełniają ją PCM i dodatkiem polimerowym, który po usieciowaniu zachowuje się jak miękki plastik stabilizujący całość. Publikacja naukowa sugeruje, że nie chodzi wyłącznie o to, żeby PCM nie wyciekło, ale też o to, żeby większa część PCM faktycznie pracowała jako magazyn ciepła.
Czytaj też: Przełom w wydruku metali. Zrobili z drukarki 3D mikroskopijnego kowala do pracy “atom po atomie”
Naukowcy opisali też przypadek, w którym sam PEG (polietylenoglikol) potrafi w pewnym stopniu wiązać się z drewnem bez wykrywalnej przemiany fazowej, co ogranicza sprawność magazynowania. Zespół deklaruje, że ich metoda redukuje taki “nieaktywny” udział PCM do ok. 10% masy, a jednocześnie utrzymuje parametry przejścia fazowego. Efekt? Potwierdzone w laboratorium 1000 cykli przemiany fazowej bez wycieku i bez zauważalnej degradacji. Warto więc uważnie obserwować, czy aby drewno nie miało wkrótce zrewolucjonizować materiałów zmiennofazowych.
