Säteilijäjäähdytys torjuu ilmastonmuutosta käyttämällä avaruutta lämmönpoijana

Urban-ympäristöt laajenevat ja tiheytyvät yhä enemmän, mikä johtaa enemmän betoniin ja päällystettyyn maahan kuin koskaan aikaisemmin.  Ongelma on siinä, että rakennukset ja tiet absorboivat valtavan määrän lämpöä.  Ympäröivät alueet lämpenevät, ilmastointijärjestelmien on tehtävä kovemmin töitä, ja kasvihuonekaasupäästöt nousevat räjähdysmäisesti.  Tämän mielessä Marylandin yliopiston tutkijoiden tiimi on keksinyt yksinkertaisen mutta tehokkaan ratkaisun.  Tämä on äskettäin kehitetty materiaali, jota kutsutaan ‘cooling glass’ -lasi, ja se voi auttaa lievittämään tätä kasvavaa ongelmaa ja sen vaikutusta ilmastonmuutokseen säteilijäjäähdytyksen avulla.

Säteilijäjäähdytyksen läpimurto

Ilmastonmuutoksen torjuminen ei ole pelkästään puhtaiden energialähteiden etsimistä.  Se on myös olemassa olevan sähkön tehokasta käyttöä.  Tässä tapauksessa cooling glass on läpimurto, joka hyödyntää albedo‑ilmiötä ja säteilijäjäähdytystä estääkseen auringon lämpöenergian jäämisen tyypillisiin rakennusmateriaaleihin heijastamalla se takaisin avaruuden tyhjiöön – tyhjiöön ja äärettömään lämmönpoijaan, jonka lämpötila on –270 °C.

Tutkimusartikkelissaan tiimi toteaa, että se,

“…kehitti satunnaistetun fotonisen komposiitin, joka koostuu mikroporaisesta lasirungosta, jossa on valikoiva LWIR‑ (pitkiaaltoinen infrapunasäteily) emissio sekä suhteellisen korkea aurinkokirkkaus ja alumiinioksidihiukkasia, jotka hajottavat voimakkaasti auringonvaloa ja estävät huokosteen tiivistymisen valmistusprosessin aikana.”

Tuloksena syntynyt tuote, tai ‘cooling glass’, toimii hyvin erilaisissa olosuhteissa, ja sen melko helppo valmistusprosessi saattaa tehdä siitä käyttökelpoisen laajamittaisiin kaupunkisovelluksiin.

Lähde: www.cera.cool

Suorituskyvyn osalta tiimi ilmoittaa, että

“Tämä mikroporainen lasikäsittely mahdollistaa lämpötilan laskun noin 3,5 °C ja 4 °C jopa korkeissa kosteustilanteissa (jopa 80 %) keskipäivällä ja yöllä.”

Täten paperi osoittaa, että cooling glass -lasiin perustuva rakennus voi vähentää hiilidioksidipäästöjään jopa 10 % vuodessa.  Kun tämä skaalataan kaupunkialueille, vaikutus on merkittävä.

Vaikka säteilijäjäähdytyksen hyödyntäminen ilmastonmuutoksen torjumiseksi ei ole uutta, tämän uuden tuotteen suorituskyky ja mahdollinen skaalautuvuus tekevät siitä erityisen mielenkiintoisen.

Mikä on ‘lämmönpoija’?

Niille, jotka pohtivat, lämmönpoija on laite tai aine, joka absorboi ja hajottaa lämmön toisesta kohteesta lämpökontaktin (suoran tai säteilyn) avulla.  Ihmisen valmistamat versiot ovat yleisiä elektroniikassa ja mekaanisissa järjestelmissä lämpötilan hallitsemiseksi ja ylikuumenemisen estämiseksi.  Cooling glass -lasin tapauksessa lämpö poistuu säteilyn kautta avaruuden tyhjiöön.

Tässä on katsaus lämmönpoijien tieteeseen:

Lämpökondensio: Lämmönpoijan perusperiaate on lämpökondensio, fyysinen prosessi, jossa lämpö siirtyy materiaalin läpi. Kun lämmön tuottava komponentti (kuten tietokoneen CPU) kuumenee, se siirtää lämmön lämmönpoijaan.

Materiaali: Lämmönpoijia valmistetaan yleensä materiaaleista, joilla on korkea lämmönjohtavuus, kuten alumiinista tai kuparista. Nämä materiaalit siirtävät lämmön tehokkaasti pois komponentista ja jakavat sen laajemmalle alueelle.

Muotoilu ja pinta‑ala: Keskeinen osa lämmönpoijan suunnittelua on sen pinta‑ala. Monet lämmönpoijat sisältävät siipiä tai muita rakenteita, jotka lisäävät niiden pinta‑alaa. Tämä mahdollistaa suuremman ilman kosketuksen lämmönpoijaan, tehostaen lämmön hajotusta.

Konvektio: Ilma tai neste, joka virtaa lämmönpoijan pinnan yli, helpottaa konvektiokylmitystä. Passiivisessa jäähdytyksessä luonnollinen ilmavirta hajottaa lämpöä, kun taas aktiivisissa jäähdytysjärjestelmissä tuulettimia tai pumppuja käytetään ilman tai nesteen virtauksen lisäämiseksi, mikä tehostaa jäähdytysvaikutusta.

Säteily: Lämmönpoijat hajottavat lämpöä myös säteilyn avulla. Lämmönpoijan absorboima lämpö emittoituu infrapunasäteilynä, mikä edelleen auttaa laitteen jäähdyttämisessä.

Lämmönpoijan tehokkuus riippuu useista tekijöistä, kuten materiaalin lämmönjohtavuudesta, muotoilusta (erityisesti pinta‑alasta), ympäristön lämpötilasta ja ilman tai nesteen virtausnopeudesta lämmönpoijan yli. Hallitsemalla lämpöenergiaa tehokkaasti, lämmönpoijat ovat keskeisiä elektronisten ja mekaanisten järjestelmien luotettavuudessa ja pitkäikäisyydessä.

Mikä on ‘säteilijäjäähdytys’?

Säteilijäjäähdytys on luonnollinen prosessi, jossa kohteet vapauttavat lämpöä infrapunasäteilyn muodossa. Tämä prosessi vaikuttaa jo luonnossa maapallon energiataseeseen ja sillä on tärkeitä sovelluksia erilaisissa teknologioissa.

Tässä tarkempi katsaus säteilijäjäähdytyksen tieteeseen:

Infrapunasäteily: Kaikki kohteet emittoivat energiaa sähkömagneettisen säteilyn muodossa, jonka intensiteetti riippuu niiden lämpötilasta. Maapallon pinnalla tavallisesti havaituissa lämpötiloissa säteily on pääosin infrapunaspektrissä. Säteilijäjäähdytys tapahtuu, kun kohde, kuten maapallon pinta tai rakennus, emittoi enemmän infrapunasäteilyä kuin se absorboi.

Emitointi avaruuteen: Yksi säteilijäjäähdytyksen keskeisistä ominaisuuksista on tiettyjen materiaalien tai pintojen kyky emittoida lämpöä suoraan avaruuteen. Tämä on mahdollista, koska ilmakehässä on erityisiä ‘ikkunoita’, jotka ovat läpinäkyviä tietyille infrapunasäteilyn aallonpituuksille, jolloin energia pääsee läpäisemään ja pakenee avaruuteen.

Päivä‑ ja yöjäähdytys: Säteilijäjäähdytys on tehokkainta yöllä, sillä päivällä auringon säteilyn absorptio tasapainottaa jäähdytysvaikutusta. Yöllä, ilman auringon energian sisäänsyöttöä, pinnat voivat jäähdytää tehokkaammin emittoimalla infrapunasäteilyä.

Yhteys albedo‑ilmiöön: Albedo‑ilmiö koskee pääasiassa näkyvän auringonvalon heijastamista, kun taas säteilijäjäähdytys käsittelee infrapunasäteilyn emitointia. Ne ovat kuitenkin yhteydessä energiataseen. Korkean albedon pinta heijastaa enemmän auringonvaloa, absorboi vähemmän lämpöä päivällä, mikä voi tehostaa säteilijäjäähdytystä yöllä, koska vähemmän absorboitua lämpöä on emittoitava. Vastaavasti matalan albedon pinta lämpenee enemmän päivällä, ja jos sillä on korkea emissiivisyys, se voi emittoida enemmän infrapunasäteilyä.

Sovellukset: Säteilijäjäähdytys on käytännöllinen passiivisten jäähdytysjärjestelmien, kuten rakennusten ja ajoneuvojen, sovelluksissa. Sitä tutkitaan myös kestävien teknologioiden, kuten tässä käsiteltyjen jäähdytyspaneelien, kehittämisessä, jotka voivat vähentää riippuvuutta sähköllä toimivasta ilmastoinnista.

Säteilijäjäähdytys on tärkeä luonnollinen prosessi, joka auttaa säätelemään lämpötilaa emittoimalla infrapunasäteilyä. Vaikka se eroaa albedo‑ilmiöstä, joka liittyy auringonvalon heijastamiseen, molemmat vaikuttavat pintojen lämpödynamiikkaan ja ovat keskeisiä sekä luonnollisissa että suunnitelluissa ympäristöjärjestelmissä.

Ilmastokriisin torjumiseen keskittyvät toimialan toimijat

Niille, jotka haluavat tietää, mitkä julkisesti noteeratut yhtiöt kehittävät ratkaisuja ilmastonmuutoksen torjumiseksi, tarkastelkaa seuraavaa.

*Alla olevat luvut olivat tarkkoja kirjoitushetkellä ja voivat muuttua.  Mahdollisten sijoittajien tulisi tarkistaa tiedot*

1. FuelCell Energy, Inc.

FCEL Hintakaavio

FuelCell Energy (FCEL ) on johtava polttokenno‑teknologian kehittäjä ja käyttöönotto. Se keskittyy suunnittelemaan, valmistamaan, operoimaan ja huoltamaan erittäin tehokkaita ja puhtaita polttokenno‑voimalaitoksia. Sen ratkaisut pyrkivät vähentämään fossiilisten polttoaineiden riippuvuutta ja alentamaan hiilidioksidipäästöjä, näin edistäen ilmastonmuutoksen torjuntaa. Yhtiön polttokennot tarjoavat ainutlaatuisen yhdistelmän puhdasta, luotettavaa ja tehokasta energian tuotantoa, mikä tekee niistä arvokkaan osan siirtymää kohti kestävää energiaa.

2. Brookfield Renewable Partners L.P.

BEP Hintakaavio

Brookfield Renewable (BEPC ) Partners (BEP ) omistaa yhden maailman suurimmista julkisesti noteeratusta puhtaasta uusiutuvasta energian alustasta. Sen salkkuun kuuluu vesivoima-, tuuli‑, aurinko‑ ja varastointilaitoksia Pohjois‑ ja Etelä‑Amerikassa, Euroopassa ja Aasiassa. Vahvan kestävyyden sitoutumisen avulla Brookfield Renewable Partners (BEP.UN.TO ) keskittyy pitkäaikaisen arvon luomiseen uusiutuvien energialähteiden kautta, ja sillä on merkittävä rooli globaalissa siirtymässä puhtaampiin energialähteisiin ilmastonmuutoksen torjumiseksi.

3. ChargePoint Holdings, Inc.

CHPT Hintakaavio

ChargePoint (CHPT ) Holdings on sähköajoneuvojen vallankumouksen eturintamassa, ja se operoi yhtä laajimmista ja avoimimmista EV‑latausverkostoista. Yhtiö tarjoaa innovatiivisia ja helposti saavutettavia latausratkaisuja useilla sektoreilla, mukaan lukien asuin-, kaupalliset ja julkiset tilat. Edistämällä sähköajoneuvojen käyttöönottoa ChargePoint Holdings vaikuttaa suoraan kasvihuonekaasupäästöjen vähentämiseen ja fossiilisten polttoaineiden riippuvuuden vähenemiseen, mikä on keskeinen askel ilmastonmuutoksen torjumisessa.

Huomattavat yritykset, jotka hyödyntävät säteilijäjäähdytystä

Vaikka ne eivät ole julkisesti noteerattuja, on olemassa erityisen merkittävä startup, joka on jo toteuttamassa ja skaalaamassa tämän jäähdytyslasin tiedettä.  Itse asiassa sen ovat perustaneet samat tutkijat, jotka loivat tämän läpimurron.  Tämä yritys on Ceracool.

Ceracool on kehittänyt ‘säteilijäjäähdytysvärin’, joka toimii samalla periaatteella kuin cooling glass -lasi.  Yritys väittää, että sen säteilijäjäähdytysväri tarjoaa “…ilma‑ilmastointia heijastamalla yli 95 % auringon säteilystä ja samalla emittoimalla lämpöä lähes absoluuttisen nollapisteen lämpötiloihin syvässä avaruudessa ilmakehän läpinäkyvyyden ikkunan kautta.”  Tuotteen erityinen kiinnostavuus piilee siinä, että sitä voidaan helposti levittää lämpöä kerääville pinnoille (katot, tiet jne.) joko ruiskuttamalla tai maalaamalla.

Toinen esimerkki yksityisesti omistettavasta yrityksestä, joka innovoi säteilijäjäähdytysteknologialla, on SkyCool Systems.

SkyCool Systems on puhtaan energian yritys, joka kehittää edistyneitä jäähdytysratkaisuja hyödyntäen säteilijäjäähdytystä. Sen lähestymistapa sisältää säteilijäjäähdytysmateriaalin, joka integroidaan paneelijärjestelmään merkittävästi parantaen höyry‑kompressioon perustuvien jäähdytysjärjestelmien tehokkuutta.  Kuten Ceracool, SkyCool Systemsin uraauurtava työ tällä alalla edustaa lupaavaa askelta maailman jäähdytyshaasteiden ratkaisemisessa, tarjoten sekä ympäristöetuja että energian kustannussäästöjä.

Lopulliset ajatukset

Lopulta ilmastonmuutosta koskevat toimet on laajennettava pelkästään kestävien energialähteiden hyödyntämisen ulkopuolelle.  Vaikka tämä on ilmiselvästi tärkeä ja merkittävä lähestymistapa, se on kuin jonglööri yhdellä kädellä.  Tarvitsemme ratkaisuja, jotka myös käsittelevät energian kulutuksen tehottomuuksia – juuri mitä säteilijäjäähdytystuotteet tekevät.  Valaisevassa TedTalkissa Aaswath Raman korostaa potentiaalisen palautesilmukan merkitystä, joka syntyy jäähdytystarpeistamme, ja miten säteilijäjäähdytys voi auttaa.

Yhdistettynä muihin läpimurtoihin, kuten back‑contact mikrometriset fotovoltaiset kennot, on mielenkiintoista nähdä, millaisia tuloksia yritysten kuten Ceracoolin aloitteet tuottavat tulevina vuosina.