Radiativ køling bekæmper klimaændringer ved at bruge rummet som en varmesænke

Urban miljøer bliver stadig mere spredte og tætte, hvilket resulterer i mere beton og belægning end nogensinde før. Problemet er den mængde varme, som bygninger og veje absorberer. Omgivende områder bliver varmere, klimaanlæg skal arbejde hårdere, og udledningen af drivhusgasser skyder i vejret. Med dette i tankerne har et team af forskere fra University of Maryland fundet en simpel men effektiv løsning. Det er et nyligt udviklet materiale kaldet ‘cooling glass’, som kan hjælpe med at afbøde dette voksende problem og dets indvirkning på klimaændringer gennem radiativ køling.

Radiativ kølingsgennembrud

At bekæmpe klimaændringer handler ikke kun om at finde rene energikilder. Det handler også om at bruge den elektricitet, vi allerede producerer, så effektivt som muligt. I dette tilfælde er cooling glass et gennembrud, der udnytter Albedo‑effekten og radiativ køling til i bund og grund at forhindre, at termisk energi fra Solen bliver fanget i typiske byggematerialer ved at reflektere den tilbage ind i rummets tomhed – et vakuum og grænseløst varmesænke, der ligger på omkring -270 °C.

I deres forskningsartikel skriver teamet, at de,

“…udviklede en randomiseret fotonisk komposit bestående af en mikroporøs glasramme, som har selektiv LWIR‑udstråling (langbølget infrarød stråling) samt relativt høj solrefleksion, og aluminiumoxid‑partikler, der stærkt spreder sollys og forhindrer densificering af den porøse struktur under fremstillingen.”

Det resulterende produkt, eller ‘cooling glass’, siges at fungere godt under en række forskellige forhold, og den relativt enkle fremstillingsproces kan gøre det levedygtigt for stor‑skala anvendelser i bymiljøer.

Source: www.cera.cool

Når det gælder ydeevne, angiver teamet, at

“Dette mikroporøse glasbelægning muliggør et temperaturfald på ca. 3,5 °C og 4 °C selv under høj luftfugtighed (op til 80 %) om middag og nat, henholdsvis.”

Dermed indikerer artiklen, at en bygning, der anvender cooling glass, har potentiale til at reducere sine CO₂‑udledninger med op til 10 % om året. Når dette skaleres over bylandskaber, er effekten betydelig.

Selvom idéen om at udnytte radiativ køling til at bekæmpe klimaændringer ikke er ny, er det præstationen og den potentielle skalerbarhed af dette nye produkt, der gør det særligt interessant.

Hvad er en ‘varmesænke’?

For dem, der undrer sig, er en varmesænke en enhed eller substans, der absorberer og spreder varme fra et andet objekt via termisk kontakt (enten direkte eller strålende). Menneskeskabte varmesænker bruges ofte i elektronik og mekaniske systemer til at styre temperatur og forhindre overophedning. I tilfældet med cooling glass sker den termiske afledning gennem stråling ind i rummets vakuum.

Her er en oversigt over videnskaben bag varmesænker:

Thermal Conduction: Det primære princip bag en varmesænke er termisk ledning, en fysisk proces hvor varme overføres gennem et materiale. Når en varmegenererende komponent (som en CPU i en computer) bliver varm, overfører den sin varme til varmesænken.

Material: Varmesænker er typisk fremstillet af materialer med høj termisk ledningsevne, såsom aluminium eller kobber. Disse materialer overfører effektivt varmen væk fra komponenten og spreder den over et større område.

Design and Surface Area: Et centralt aspekt af en varmesænkes design er dens overfladeareal. Mange varmesænker har finner eller andre strukturer for at øge overfladearealet. Dette tillader mere luft at komme i kontakt med varmesænken, hvilket forbedrer varmeafledningen.

Convection: Luft eller væske, der bevæger sig over varmesænkens overflade, fremmer konvektionskøling. I passiv køling spreder naturlig luftstrøm varmen, mens aktive kølesystemer bruger blæsere eller pumper til at øge luft‑ eller væskestrømmen og dermed køleeffekten.

Radiation: Varmesænker afgiver også varme gennem stråling. Den varme, som varmesænken absorberer, udsendes som infrarød stråling, hvilket yderligere hjælper med at køle enheden.

Effektiviteten af en varmesænke afhænger af flere faktorer, herunder materialets termiske ledningsevne, designet (især overfladearealet), den omgivende temperatur og luft‑ eller væskestrømmen over varmesænken. Ved effektivt at styre termisk energi spiller varmesænker en afgørende rolle for pålideligheden og levetiden af elektroniske og mekaniske systemer.

Hvad er ‘radiativ køling’?

Radiativ køling er en naturlig proces, hvor objekter frigiver varme i form af infrarød stråling. Denne proces spiller allerede en rolle i naturen gennem Jordens energibalance og har vigtige anvendelser i forskellige teknologier.

Her er et nærmere kig på videnskaben bag radiativ køling:

Infrared Radiation: Alle objekter udsender energi som elektromagnetisk stråling, hvor intensiteten afhænger af deres temperatur. Ved de temperaturer, der typisk findes på Jordens overflade, ligger denne stråling primært i det infrarøde spektrum. Radiativ køling opstår, når et objekt, såsom Jordens overflade eller en bygning, udsender mere infrarød stråling, end det absorberer.

Emission into Space: Et af de centrale elementer i radiativ køling er evnen hos visse materialer eller overflader til at udsende varme direkte ud i rummet. Dette er muligt, fordi atmosfæren har specifikke ‘vinduer’, der er transparente for visse bølgelængder af infrarød stråling, så energien kan passere igennem og undslippe til rummet.

Day vs. Night Cooling: Radiativ køling er mest effektiv om natten, da solens stråling om dagen ofte opvejer køleeffekten. Om natten, uden solenergiens input, kan overflader køle ned ved at udsende infrarød stråling mere effektivt.

Relation to Albedo Effect: Albedo‑effekten handler primært om reflektion af synligt sollys, mens radiativ køling handler om udsendelse af infrarød stråling. De er dog forbundet i energibalancen. En overflade med høj albedo reflekterer mere sollys og absorberer mindre varme om dagen, hvilket kan forstærke radiativ køling om natten, da der er mindre absorberet varme at genudsende. Omvendt vil en overflade med lav albedo blive varmere om dagen og potentielt udsende mere infrarød stråling, hvis den har høj emissivitet.

Applications: Radiativ køling har praktiske anvendelser i passive kølesystemer, såsom i bygninger og køretøjer. Det undersøges også til bæredygtige teknologier, som de kølepanele, der kan reducere afhængigheden af el‑drevet aircondition.

Radiativ køling er en vigtig naturlig proces, der hjælper med at regulere temperatur ved at udsende infrarød stråling. Selvom den adskiller sig fra albedo‑effekten, som involverer reflektion af sollys, bidrager begge til overfladers termodynamik og spiller kritiske roller i både naturlige og konstruerede miljøsystemer.

Industrispillere der tackler klimaændringer

For dem, der er interesserede i at lære, hvilke børsnoterede virksomheder der aktivt udvikler løsninger til at bekæmpe klimaændringer, kan følgende overvejes.

*Tallene nedenfor var korrekte på tidspunktet for skrivning og kan ændre sig.  Eventuelle potentielle investorer bør verificere data*

1. FuelCell Energy, Inc.

FCEL Prisdiagram

FuelCell Energy (FCEL ) er en førende inden for udvikling og implementering af brændselscelleteknologi. De fokuserer på design, fremstilling, drift og service af yderst effektive og rene brændselscellekraftværker. Deres løsninger sigter mod at reducere afhængigheden af fossile brændstoffer og sænke CO₂‑udledninger, hvilket bidrager til kampen mod klimaændringer. Virksomhedens brændselsceller leverer en unik kombination af ren, pålidelig og effektiv energiproduktion, hvilket gør dem til en værdifuld del af overgangen til bæredygtig energi.

2. Brookfield Renewable Partners L.P.

BEP Prisdiagram

Brookfield Renewable (BEPC ) Partners (BEP ) driver en af verdens største børsnoterede, rene vedvarende energiplatforme. Deres portefølje omfatter vandkraft, vind, sol og lagringsfaciliteter på tværs af Nordamerika, Sydamerika, Europa og Asien. Med en stærk forpligtelse til bæredygtighed fokuserer Brookfield Renewable Partners (BEP.UN.TO ) på langsigtet værdiskabelse gennem vedvarende energiativer, og spiller en væsentlig rolle i den globale overgang til ren, vedvarende energi for at bekæmpe klimaændringer.

3. ChargePoint Holdings, Inc.

CHPT Prisdiagram

ChargePoint (CHPT ) Holdings er i spidsen for den elektriske køretøjsrevolution og driver et af de mest omfattende og åbne EV‑ladningsnetværk. Virksomheden leverer innovative og tilgængelige ladningsløsninger på tværs af flere sektorer, herunder boliger, erhverv og offentlige områder. Ved at lette overgangen til el‑biler bidrager ChargePoint Holdings direkte til reduktion af drivhusgasudledninger og til at mindske afhængigheden af fossile brændstoffer, hvilket markerer et vigtigt skridt i kampen mod klimaændringer.

Bemærkelsesværdige virksomheder, der udnytter radiativ køling

Selvom de ikke er børsnoterede, findes der en særlig bemærkelsesværdig startup, der allerede arbejder på at implementere og skalere videnskaben bag dette kølende glas. Faktisk blev den grundlagt af de samme forskere, der stod bag gennembruddet. Denne virksomhed er Ceracool.

Ceracool har udviklet en ‘radiativ kølingsmaling’, som fungerer på samme koncept som cooling glass. Virksomheden fremhæver deres radiative cooling paint som tilbyder “…gratis aircondition ved at reflektere over 95 % af solens stråling og samtidig udsende varme ind i de næsten absolut nul‑grader temperaturer i det dybe rum gennem atmosfærens gennemsigtighedsvindue.” Det, der gør dette produkt særligt interessant, er, at det let kan påføres overflader, der er tilbøjelige til termisk opbygning (tag, veje osv.) ved enten at sprøjte eller børste det på.

Et andet eksempel på en privat virksomhed, der innoverer med radiativ kølingsteknologi, er SkyCool Systems.

SkyCool Systems er en ren energivirksomhed, der udvikler avancerede køleløsninger, som udnytter radiativ køling. Deres tilgang involverer et radiativt kølemateriale, der integreres i et panelsystem designet til markant at forbedre effektiviteten af dampkompressionsbaserede kølesystemer. Ligesom Ceracool repræsenterer SkyCool Systems banebrydende arbejde på dette område et lovende skridt fremad i håndteringen af verdens kølingsudfordringer, med både miljømæssige fordele og energibesparelser.

Afsluttende tanker

I sidste ende skal indsatsen mod klimaændringer strække sig ud over blot at udnytte bæredygtige energikilder. Selvom dette naturligvis er en vital og vigtig tilgang, svarer det i bund og grund til at jonglere med én hånd. Vi har brug for løsninger, der også adresserer ineffektivitet i vores energiforbrug – præcis hvad radiative cooling‑produkter handler om. I en oplysende TedTalk fra Aaswath Raman berører han vigtigheden af at håndtere en potentiel feedback‑loop, der opstår fra vores kølebehov, og hvordan radiativ køling kan hjælpe.

I kombination med andre gennembrud som back‑contact mikrometriske fotovoltaiske celler bør det blive interessant at se de resultater, som initiativer fra virksomheder som Ceracool vil give i de kommende år.