Sterker dan staal, het nieuwste hightech hout kan gebouwen koelen

• Een nieuwe houtsoort reflecteert zonlicht en straalt overtollige warmte af.
• De mechanische sterkte per gewicht van dit nieuwe hout is 3 keer sterker dan staal.
• Het kan de temperatuur van een gebouw tot 10°C doen dalen, waardoor de koelingskosten met 60% dalen.

In de Verenigde Staten zijn gebouwen goed voor bijna 70% van het elektriciteitsverbruik en genereren ze een jaarlijkse nationale energierekening van meer dan $ 430 miljard. Alleen koeling en verwarming zijn goed voor 48% van dit energieverbruik.

Volgens de 2e wet van de thermodynamica is koelen moeilijker dan verwarmen. Tot nu toe hebben wetenschappers verschillende technieken bedacht over hoe om te gaan met de productie van beton en staal en verschillende passieve koelschema's om de koelkosten te verlagen.

Nu hebben onderzoekers van de Universiteit van Maryland en de Universiteit van Colorado een enkele oplossing ontdekt die alles lijkt te beheren met behulp van een houtmateriaal dat zonlicht weerkaatst en overtollige warmte wegstraalt.

Het nieuwe hout maken

De meeste materialen absorberen warmte en zenden deze uit als nabij-infrarood (IR) fotonen. Deze fotonen worden vervolgens geabsorbeerd door omringende luchtmoleculen, waardoor het gebied heet wordt. In de afgelopen jaren hebben wetenschappers verven en plastic films ontwikkeld die warmte opvangen en afgeven bij langere mid-IR-golflengten. In dit geval dumpen fotonen hun warmte in de diepe ruimte, en aangezien lucht deze golflengten niet absorbeert, blijft de omgeving koel.

In plaats van verf of plastic folie te gebruiken, probeerde het onderzoeksteam dergelijk gedrag in houtmaterialen na te bootsen. Hout bestaat uit twee hoofdelementen:

1. Cellulose dat lange stroachtige structuren vormt
2. Lignine dat zich gedraagt ​​als een lijm die de strostrengen bij elkaar houdt.

Referentie:ScienceMag | DOI:10.1126/science.aau9101 | Universiteit van Maryland

Lignine zendt sterk IR-fotonen uit, daarom kozen onderzoekers ervoor om dit element uit het hout te verwijderen. Om dit te doen, hebben ze het hout geweekt in een oplossing van waterstofperoxide. Vervolgens hebben ze het chemisch behandelde hout samengeperst, wat leidde tot de vorming van een dicht waterstofbindend gaas.

Dit resulteerde in een materiaal dat 8 keer sterker is dan het natuurlijke hout. In feite is de mechanische sterkte per gewicht van dit nieuwe materiaal meer dan 3 keer sterker dan staal. Krastest toonde aan dat het hout niet gemakkelijk kan worden beschadigd, terwijl compressietests aantoonden dat het meer gewicht kan dragen dan natuurlijk hout.

Efficiëntie

Door lignine te verwijderen, wordt het hout wit en weerkaatst het bijna alle inkomende stralen. Hoewel het de warmte niet zo efficiënt wegstraalt als plastic platen, kan het echt een groot verschil maken.

Voorbeeld van nieuw hout | Tegoed:UMD

Als het aan de buitenkant van een gebouw wordt bevestigd, kan het de temperatuur tot 10°C verlagen, waardoor de koelingskosten met 60% worden verlaagd. Wat nog indrukwekkender is, is dat de nanotechnologie uitsluitend op hout is gebaseerd; er zijn geen andere componenten (zoals polymeren) bij betrokken.

Lezen:een geavanceerd koelsysteem voor computers en batterijen

Het nieuwe hout is echter brandbaar en veel minder duurzaam dan standaard dakbedekkingsmaterialen, zoals asfaltshingles. Bovendien kan het kostbaar zijn en de potentiële energiebesparing zal de kosten mogelijk niet compenseren.