Revolutionair high-tech hout verlaagt gebouwtemperatuur met 10°C en koelkosten met 60%

• Een nieuw type hout 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 met 10°C laten dalen, wat 60% koelkosten bespaart.

In de Verenigde Staten staan gebouwen voor bijna 70% van het elektriciteitsverbruik, wat een jaarlijks nationaal energierekening van meer dan $430 miljard oplevert. Koelen en verwarmen alleen staan voor 48% van dit energieverbruik.

Volgens de 2e wet van de thermodynamica is koelen uitdagender dan verwarmen. Tot nu toe hebben wetenschappers verschillende technieken bedacht over hoe om te gaan met beton- en staalproductie en diverse passieve koelingsschema's om koelkosten te verlagen.

Nu hebben onderzoekers van de University of Maryland en de University of Colorado een enkele oplossing ontdekt die alles lijkt te managen met een houtmateriaal dat zonlicht reflecteert en overtollige warmte afstraalt.

Het nieuwe hout maken

De meeste materialen absorberen warmte en emittieren deze als nabij-infrarood (IR) fotonen. Deze fotonen worden vervolgens geabsorbeerd door omringende luchtmoleculen, wat het gebied warm maakt. In de afgelopen paar jaren hebben wetenschappers verf en plastic films ontwikkeld die warmte vastleggen en emitteren op langere midden-IR golflengtes. In dat geval dumpen de fotonen hun warmte in de diepe ruimte, en aangezien lucht deze golflengtes niet absorbeert, blijft de omgeving cool.

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

1. Cellulose die lange stro-achtige structuren vormt
2. Lignine die zich gedraagt als een lijm die de stro-strengen bij elkaar houdt.

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

Lignine emitteert sterk IR-fotonen, dus onderzoekers kozen om dit element uit het hout te verwijderen. Hiervoor wekten ze het hout in een oplossing van waterstofperoxide. Vervolgens comprimeerden ze het chemisch behandelde hout, wat leidde tot de vorming van een dichte waterstofbindingsmesh.

Dit resulteerde in een materiaal 8 keer sterker dan natuurlijk hout. Feitelijk is de mechanische sterkte per gewicht van dit nieuwe materiaal meer dan 3 keer sterker dan staal. Krastesten bewijzen dat het hout niet gemakkelijk beschadigd kan worden, terwijl compressietesten tonen dat het meer gewicht kan dragen dan natuurlijk hout.

Efficiëntie

Door lignine te verwijderen, wordt het hout wit, bijna alle inkomende stralen reflecterend. Hoewel het warmte niet zo efficiënt afstraalt als plastic vellen, kan het een groot verschil maken.

Monster van nieuw hout | Credits: UMD

Als het op een gebouwexterieur wordt aangebracht, kan het hout de temperatuur met 10°C verlagen, wat 60% koelkosten bespaart. Nog indrukwekkender is dat de nanotechnologie uitsluitend op hout gebaseerd is; er zijn geen andere componenten (zoals polymeren) betrokken.

Echter, het nieuwe hout is brandbaar en veel minder duurzaam dan standaard dakbedekkingsmaterialen, zoals asfalt dakpannen. Bovendien kan het duur zijn en de potentiële energiebesparing compenseert misschien niet de kosten.