Революционное высокотехнологичное дерево снижает температуру зданий на 10°C и сокращает затраты на охлаждение на 60%

Новый тип дерева отражает солнечный свет и излучает излишки тепла

Механическая прочность на вес этого нового дерева в 3 раза выше, чем у стали. Оно может снизить температуру здания до 10°C, сокращая затраты на охлаждение на 60%.

В США здания потребляют почти 70% электроэнергии, формируя ежегодный национальный счет за энергию более 430 миллиардов долларов. Охлаждение и отопление составляют 48% этого энергопотребления.

Согласно второму закону термодинамики, охлаждение сложнее, чем нагрев. До сих пор ученые придумали различные техники работы с бетоном и сталью и различные пассивные схемы охлаждения для снижения затрат на охлаждение.

Теперь исследователи из Университета Мэриленда и Университета Колорадо открыли единое решение, которое, кажется, управляет всем, используя древесный материал, отражающий солнечный свет и излучающий излишки тепла.

Создание нового дерева

Большинство материалов поглощают тепло и излучают его как ближние инфракрасные (IR) фотоны. Эти фотоны затем поглощаются окружающими молекулами воздуха, что делает область горячей. В последние пару лет ученые разработали краски и пластиковые пленки, которые захватывают тепло и излучают его на более длинных средневолновых длинах IR. В этом случае фотоны сбрасывают тепло в глубокий космос, а так как воздух не поглощает эти длины волн, окружающая область остается прохладной.

Вместо использования какой-либо краски или пластиковой пленки исследовательская команда попыталась имитировать такое поведение в древесных материалах. Дерево состоит из двух основных элементов:

1. Целлюлоза, образующая длинные трубочки
2. Лигнин, ведший себя как клей, скрепляющий соломенные нити вместе.

Источник: ScienceMag | DOI:10.1126/science.aau9101 | University of Maryland

Лигнин сильно излучает IR-фотоны, поэтому исследователи решили удалить этот элемент из дерева. Для этого они промачивали дерево в растворе перекиси водорода. Затем они сжимали химически обработанное дерево, что привело к формированию плотной сетки водородных связей.

Это привело к материалу, в 8 раз более прочному, чем натуральное дерево. Фактически, механическая прочность на вес этого нового материала более чем в 3 раза выше, чем у стали. Тест на царапину доказал, что дерево не может быть легко повреждено, а тест на сжатие показал, что оно может выдерживать больше веса, чем натуральное дерево.

Эффективность

Удаляя лигнин, дерево становится белым, отражая почти все входящие лучи. Хотя оно не излучает тепло так эффективно, как пластиковые листы, оно может реально изменить дело к лучшему.

Образец нового дерева | Источник: UMD

Если закрепить его на внешней стороне здания, дерево может снизить температуру до 10°C, сократив затраты на охлаждение на 60%. Что еще более впечатляет, нанотехнология основана исключительно на дереве; никаких других компонентов (например, полимеров) не задействовано.

Однако новое дерево горюче и гораздо менее долговечно, чем стандартные кровельные материалы, такие как битумные черепицы. Кроме того, оно может быть дорогостоящим, и потенциальная экономия энергии может не окупить расходы.