A passzív sugárzásos hűtés (PSH) egy nagy reményeket hordozó hűtési megoldás, amely nem kíván külső energiabevitelt és aktív energiafelhasználást, amely során a hő a légkörben található 10 μm-es hullámhossz körüli "átlátszó ablak" tartományban sugárzódik ki az űrbe. A segítségével megoldható a klímaváltozás okozta hőmérséklet emelkedés kompenzálása, a mai technológiai és gazdasági fejlettség mellett is, írja a Cell.
Ahogy a Föld átlaghőmérséklete emelkedik, új megoldásokra lesz szükség világszerte, hogy a hatásokat mérsékeljük. Ezek közül az egyik egy olyan új geomérnöki megoldás, amely segítségével az földfelszínről kisugárzott hő mennyisége növelhető, s ezáltal a bolygó hűthető. A jelenleg is elérhető anyagokat felhasználó technológia alapján a felhasznált területek nagyságát és a technológia széleskörű telepítésének költségeit becsülték meg az MIT kutatói, írja a Nature Communications, ami ahhoz szükséges, hogy az előrejelzett átlaghőmérséklet emelkedést nullára tudjuk csökkenteni. Ezen technológia szerves részét képezheti az elkövetkező évtizedek technológiai átalakulásának, ami során a fosszilis energiahordozók felhasználásának monopóliuma is csökkenhet.
A hűtési technológiák életünk alapvető részét képezik. A meglévő megoldások túlnyomó többsége a gőz komprimálás és folyadék párologtatás elvén alapszik, annak ellenére, hogy az ilyen rendszerek általában nem a legolcsóbb technológiai folyamatok. A passzív hűtési eljárások, mint például a légköri sugárzásos hűtés (atmospheric radiative cooling), kulcsa a légkör közép hullámhosszú infravörös tartományba eső átlátszósága. Ennek kihasználásával egyszerű és alacsony költségű új hűtési eljárások fejleszthetők ki, amik az ipari hőgazdálkodás fontos részeivé váltatnak idővel.
A passzív sugárzásos hűtés a spektrális átfedésnek nevezett jelenségen alapul, amely szobahőmérséklet környékén levő tárgyak hősugárzása és a légkörben található átlátszó "sugárzási ablak" között (8 és 13 µm hullámhossz tartományban) létezik. Azt, hogy a légkör felső rétegei is elérhetők sugárzással, már ősidők óta felhasználja az emberiség a régi éjjeli hűtési technikákkal.
Napközben azonban a sugárzásos hűtés a napfény által bevitt energiával is meg kell, hogy küzdjön, ami 1000 W/m² nagyságrendben növeli a testek hőmérsékletét a sugárzásos hűtés kb. 100 W/m² nagyságrendű energiavesztéséhez képest. Jónéhány újabb kutatás próbálkozott meg olyan fényvisszaverő felületek alkalmazásával, aminek segítségével a fényelnyelés minimálisra csökkenthető, míg a közép infravörös tartományban való kisugárzás mértéke nem változik. Ehhez viszont speciális fonon szerkezetet kell létrehozni az anyagban, amely megoldások rendszerint drágák és az anyagok nem érthetők el széles körben.
A mostani kutatás egy új megoldást kínál, ahol a napsugárzás irányát is figyelembe veszik, miközben a levegő hőmérséklete alatti értékeket érnek el sugárzásos hűtéssel. Vagyis azt, hogy a infravörös tartományban sugárzó (hősugárzó) felületű tárgy jelentősen hidegebb a környezeténél mindenfajta külső energiabevitel nélkül. A megoldás kihasználja a beeső napsugárzás szögfüggését — azt teljesen blokkolva, míg az összes többi irányban az infravörös sugárzás szabadon távozhat.
A tanulmány elméleti és gyakorlati szempontból is bemutatja, hogy visszaverő felülettel (fehér) és elnyelő felülettel (fekete) komoly hűtési teljesítmény érhető el. Az elmélet szerint ez az irányfüggő megoldással akár 20 °C-kal alacsonyabb hőmérséklet is elérhető a tárgyat körülvevő környezeti hőmérséklethez képest, ami 89 W/m² tényleges hűtési teljesítménynek felel meg. Az első gyakorlati kísérletekben a kutatók 6 °C fokos hűtést tudtak elérni, ami fehér felület esetében 45 W/m², míg fekete felületnék 30 W/m² teljesítményt jelent teljes napsütésben a déli órákban. A gyakorlati kísérletekben csak olcsó és meglévő anyagokat használtak: a polírozott alumíniumon, polietilén fólián és fogyasztói festékeken alapuló a megoldás a széleskörű felhasználhatóság kulcsa.
A passzív sugárzásos hűtés óriási lehetőséget hordoz magában a jelenlegi hősugárzási teljesítményt figyelembe véve: a klímaváltozás mögött egy kb. 1 W/m² egyensúlybomlás van a bejövő és kisugárzott energiamennyisége között (a bejövő javára), míg a passzív sugárzásos hűtéssel akár 100 W/m² mennyiséget is le tudunk adni. Ez annyit is jelent, hogy a bolygó felszínének csak 1%-t kellene ilyen anyagokkal bevonni (pl. az épületek tetejét) ahhoz, hogy a klímaváltozásból fakadó hőmérséklet emelkedést teljességgel kompenzálhassuk. A felhasznált anyagok alapján egy ilyen program teljes költsége kb. 2,5 billió dollárt tenne ki, ami a bolygó éves GDP-jének 3%-a.
Vagyis nem megoldhatatlan feladat.
A bejegyzés trackback címe:
Kommentek:
A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.