विकिरणीय शीतलीकरण अंतरिक्ष को हीट‑सिंक के रूप में उपयोग करके जलवायु परिवर्तन से लड़ता है

Urban environments are becoming increasingly sprawling and dense, resulting in more concrete and pavement than ever before.  The problem with that is the amount of heat absorbed by buildings and roads.  Surrounding areas become hotter, climate control systems must work harder, and greenhouse gas emissions skyrocket.  With that in mind, a team of researchers based out of the University of Maryland has come up with a simple but effective solution.  This is a recently developed material dubbed ‘cooling glass’, which can help to mitigate this growing problem and its effect on climate change through radiative cooling.

विकिरणीय शीतलीकरण में नई उपलब्धि

Battling climate change isn’t just about finding clean energy sources.  It is also about efficiently using the electricity we already create.  In this instance, cooling glass is a breakthrough that leverages the Albedo Effect and radiative cooling to essentially prevent thermal energy from the Sun from being trapped in typical building materials by reflecting it back into the emptiness of Space – a vacuum and limitless heat-sink that sits at a brisk -270ºC.

In its research article, the team states that it,

“…एक यादृच्छिक फोटोनिक कंपोजिट विकसित किया जिसमें माइक्रोपोरस ग्लास फ्रेमवर्क है जो चयनात्मक LWIR (लॉन्ग‑वेव इन्फ्रारेड रेडिएशन) उत्सर्जन के साथ तुलनात्मक रूप से उच्च सौर प्रतिबिंबता और एल्यूमिनियम ऑक्साइड कण शामिल हैं, जो सूर्य के प्रकाश को तीव्रता से बिखेरते हैं और निर्माण के दौरान छिद्रयुक्त संरचना के घनत्व को रोकते हैं।”

The resulting product, or ‘cooling glass’, is said to perform well in a variety of conditions, which, alongside a relatively easy manufacturing process, might just make it viable for large-scale applications in urban environments.

Source: www.cera.cool

As far as performance goes, the team indicates that,

“यह माइक्रोपोरस ग्लास कोटिंग मध्याह्न और रात के समय क्रमशः उच्च आर्द्रता स्थितियों (80% तक) में भी लगभग 3.5° और 4°C तापमान गिरावट सक्षम करती है।”

In doing so, the paper indicates that a building leveraging cooling glass has the potential to reduce its carbon emissions by as much as 10% annually.  When scaled across urban landscapes, this is significant.

While the idea of leveraging radiative cooling to battling climate change is nothing new, it is the performance and potential scalability of this new product that makes it particular interesting.

‘हीट‑सिंक’ क्या है?

For those wondering, a heat sink is a device or substance that absorbs and dissipates heat from another object using thermal contact (either direct or radiant).  Man-made variants are commonly used in electronics and mechanical systems to manage temperature and prevent overheating.  In the case of cooling glass, it is through radiation into the vacuum of space that this thermal dumping occurs.

Here’s an overview of the science behind heat sinks:

थर्मल कंडक्शन: हीट‑सिंक के पीछे मुख्य सिद्धांत थर्मल कंडक्शन है, एक भौतिक प्रक्रिया जिसमें गर्मी सामग्री के माध्यम से स्थानांतरित होती है। जब कोई गर्मी उत्पन्न करने वाला घटक (जैसे कंप्यूटर में CPU) गर्म हो जाता है, तो वह अपनी गर्मी हीट‑सिंक को स्थानांतरित करता है।

सामग्री: हीट‑सिंक्स आमतौर पर उच्च थर्मल कंडक्टिविटी वाली सामग्रियों जैसे एल्युमिनियम या कॉपर से बनाए जाते हैं। ये सामग्री प्रभावी रूप से घटक से गर्मी को दूर ले जाती हैं और इसे बड़े क्षेत्र में फैलाती हैं।

डिज़ाइन और सतह क्षेत्र: हीट‑सिंक के डिज़ाइन का एक प्रमुख पहलू उसकी सतह क्षेत्र है। कई हीट‑सिंक्स में फिन या अन्य संरचनाएँ होती हैं जो सतह क्षेत्र को बढ़ाती हैं। इससे अधिक हवा हीट‑सिंक के संपर्क में आती है, जिससे गर्मी विसर्जन में सुधार होता है।

कन्वेक्शन: हीट‑सिंक की सतह पर चलने वाली हवा या तरल कन्वेक्टिव कूलिंग को सुविधाजनक बनाती है। निष्क्रिय कूलिंग में, प्राकृतिक वायु प्रवाह गर्मी को विसर्जित करता है, जबकि सक्रिय कूलिंग सिस्टम में, पंखे या पंप का उपयोग करके हवा या तरल के प्रवाह को बढ़ाया जाता है, जिससे कूलिंग प्रभाव में वृद्धि होती है।

विकिरण: हीट‑सिंक्स गर्मी को विकिरण के माध्यम से भी विसर्जित करते हैं। हीट‑सिंक द्वारा अवशोषित गर्मी इन्फ्रारेड विकिरण के रूप में उत्सर्जित होती है, जो उपकरण को ठंडा करने में आगे मदद करती है।

The effectiveness of a heat sink depends on several factors, including the material’s thermal conductivity, the design (especially the surface area), the ambient temperature, and the flow rate of air or liquid over the heat sink. By efficiently managing thermal energy, heat sinks play a crucial role in the reliability and longevity of electronic and mechanical systems.

‘विकिरणीय शीतलीकरण’ क्या है?

Meanwhile, radiative cooling is a natural process where objects release heat in the form of infrared radiation. This process already plays a role in nature with the Earth’s energy balance and has important applications in various technologies.

Here’s a closer look at the science behind radiative cooling:

इन्फ्रारेड विकिरण: सभी वस्तुएँ ऊर्जा को इन्फ्रारेड विकिरण के रूप में उत्सर्जित करती हैं, जिसकी तीव्रता उनका तापमान निर्धारित करती है। पृथ्वी की सतह पर सामान्य तापमान पर, यह विकिरण मुख्यतः इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रम में होता है। विकिरणीय शीतलीकरण तब होता है जब कोई वस्तु, जैसे पृथ्वी की सतह या इमारत, वह इन्फ्रारेड विकिरण अधिक उत्सर्जित करती है जितना वह अवशोषित करती है।

अंतरिक्ष में उत्सर्जन: विकिरणीय शीतलीकरण का एक मुख्य पहलू कुछ सामग्री या सतहों की क्षमता है कि वे गर्मी को सीधे अंतरिक्ष में उत्सर्जित कर सकें। यह संभव है क्योंकि वायुमंडल में विशिष्ट ‘विंडो’ होते हैं जो कुछ इन्फ्रारेड तरंगदैर्ध्य के लिए पारदर्शी होते हैं, जिससे यह ऊर्जा गुजरकर अंतरिक्ष में बाहर निकल सकती है।

दिन बनाम रात शीतलीकरण: विकिरणीय शीतलीकरण रात में सबसे प्रभावी होता है, क्योंकि दिन में सौर विकिरण का अवशोषण शीतलीकरण प्रभाव को कम कर देता है। रात में, सौर ऊर्जा के बिना, सतहें इन्फ्रारेड विकिरण को अधिक प्रभावी ढंग से उत्सर्जित करके ठंडी हो सकती हैं।

अल्बीडो प्रभाव से संबंध: अल्बीडो प्रभाव मुख्यतः दृश्यमान सूर्य प्रकाश के प्रतिबिंब से संबंधित है, जबकि विकिरणीय शीतलीकरण इन्फ्रारेड विकिरण के उत्सर्जन के बारे में है। हालांकि, वे ऊर्जा संतुलन के संदर्भ में जुड़े हुए हैं। उच्च अल्बीडो वाली सतह अधिक सौर प्रकाश को प्रतिबिंबित करती है, जिससे दिन में कम गर्मी अवशोषित होती है। यह रात में विकिरणीय शीतलीकरण को बढ़ा सकता है, क्योंकि कम अवशोषित गर्मी को पुनः उत्सर्जित करना पड़ता है। इसके विपरीत, कम अल्बीडो वाली सतह दिन में अधिक गर्म होती है, और यदि उसकी उत्सर्जनशीलता अधिक है तो अधिक इन्फ्रारेड विकिरण उत्सर्जित कर सकती है।

अनुप्रयोग: विकिरणीय शीतलीकरण के व्यावहारिक उपयोग पासिव कूलिंग सिस्टम में हैं, जैसे इमारतों और वाहनों में। इसे सतत तकनीकों में भी खोजा जा रहा है, जैसे यहाँ चर्चा किए गए कूलिंग पैनल, जो बिजली‑चालित एयर कंडीशनिंग पर निर्भरता को कम कर सकते हैं।

Radiative cooling is an important natural process that helps regulate temperature by emitting infrared radiation. While distinct from the albedo effect, which involves the reflection of sunlight, both contribute to the thermal dynamics of surfaces and play critical roles in both natural and engineered environmental systems.

जलवायु परिवर्तन से निपटने वाले उद्योग खिलाड़ी

For those interested in learning which publicly traded companies are actively developing solutions to battle climate change, consider the following.

*नीचे दिए गए आंकड़े लेखन के समय सटीक थे और बदल सकते हैं। किसी भी संभावित निवेशक को मेट्रिक्स की पुष्टि करनी चाहिए*

1. FuelCell Energy, Inc.

FCEL मूल्य चार्ट

FuelCell Energy (FCEL ) ईंधन सेल तकनीक के विकास और तैनाती में अग्रणी है। यह अत्यधिक कुशल और स्वच्छ ईंधन सेल पावर प्लांट्स के डिजाइन, निर्माण, संचालन और सेवा पर केंद्रित है। इसके समाधान जीवाश्म ईंधनों पर निर्भरता को कम करने और कार्बन उत्सर्जन को घटाने का लक्ष्य रखते हैं, जिससे जलवायु परिवर्तन से लड़ने में योगदान मिलता है। कंपनी के ईंधन सेल स्वच्छ, विश्वसनीय और कुशल शक्ति उत्पादन का एक अनूठा संयोजन प्रदान करते हैं, जिससे वे सतत ऊर्जा की ओर संक्रमण में मूल्यवान बनते हैं।

2. Brookfield Renewable Partners L.P.

BEP मूल्य चार्ट

Brookfield Renewable (BEPC ) Partners (BEP ) दुनिया के सबसे बड़े सार्वजनिक रूप से सूचीबद्ध, शुद्ध नवीकरणीय ऊर्जा प्लेटफ़ॉर्म में से एक का संचालन करता है। इसका पोर्टफ़ोलियो उत्तर अमेरिका, दक्षिण अमेरिका, यूरोप और एशिया में जलविद्युत, पवन, सौर और स्टोरेज सुविधाओं को शामिल करता है। स्थिरता के प्रति मजबूत प्रतिबद्धता के साथ, Brookfield Renewable Partners नवीकरणीय ऊर्जा संपत्तियों के माध्यम से दीर्घकालिक मूल्य सृजन पर ध्यान केंद्रित करता है, और जलवायु परिवर्तन से लड़ने के लिए स्वच्छ, नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों की ओर वैश्विक बदलाव में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

3. ChargePoint Holdings, Inc.

CHPT मूल्य चार्ट

ChargePoint (CHPT ) Holdings इलेक्ट्रिक वाहन क्रांति के अग्रभाग में है, और सबसे विस्तृत और खुली ईवी चार्जिंग नेटवर्क में से एक का संचालन करता है। कंपनी आवासीय, वाणिज्यिक और सार्वजनिक स्थानों सहित कई क्षेत्रों में नवाचारी और सुलभ चार्जिंग समाधान प्रदान करती है। इलेक्ट्रिक वाहनों को अपनाने को सुविधाजनक बनाकर, ChargePoint Holdings सीधे ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन को कम करने और जीवाश्म ईंधन निर्भरता से हटने में योगदान दे रहा है, जो जलवायु परिवर्तन से लड़ने में एक महत्वपूर्ण कदम है।

विकिरणीय शीतलीकरण का उपयोग करने वाली उल्लेखनीय कंपनियाँ

While not publicly traded, there is a particularly noteworthy startup already working to implement and scale the science behind this cooling glass.  In fact, it was founded by the very same researchers behind this breakthrough.  This company is Ceracool.

Ceracool ने एक ‘विकिरणीय शीतलीकरण पेंट’ विकसित किया है, जो कूलिंग ग्लास की समान अवधारणा पर कार्य करता है। कंपनी अपने विकिरणीय शीतलीकरण पेंट को इस प्रकार प्रस्तुत करती है कि यह \”…सौर विकिरण का 95% से अधिक प्रतिबिंबित करके और साथ ही वायुमंडलीय पारदर्शिता विंडो के माध्यम से गहरी अंतरिक्ष के लगभग शून्य‑के‑निकट तापमान में गर्मी उत्सर्जित करके मुफ्त एयर कंडीशनिंग प्रदान करता है।\” इस उत्पाद को विशेष रूप से रोचक बनाता है कि इसे स्प्रे या ब्रश द्वारा आसानी से उन सतहों पर लागू किया जा सकता है जो थर्मल बिल्ड‑अप के प्रति संवेदनशील हैं (छतें, सड़कें आदि)।

विकिरणीय शीतलीकरण तकनीक के साथ नवाचार करने वाली एक और निजी कंपनी का उदाहरण SkyCool Systems है।

SkyCool Systems एक स्वच्छ ऊर्जा कंपनी है जो विकिरणीय शीतलीकरण का उपयोग करके उन्नत कूलिंग समाधान विकसित कर रही है। इसका दृष्टिकोण एक विकिरणीय शीतलीकरण सामग्री को पैनल सिस्टम में एकीकृत करना है, जो वाष्प‑संपीड़न आधारित कूलिंग सिस्टम की दक्षता को उल्लेखनीय रूप से बढ़ाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। Ceracool की तरह, SkyCool Systems का इस क्षेत्र में अग्रणी कार्य विश्व की कूलिंग चुनौतियों को संबोधित करने में एक आशाजनक कदम है, जो पर्यावरणीय लाभ और ऊर्जा लागत बचत दोनों प्रदान करता है।

अंतिम विचार

अंत में, जलवायु परिवर्तन से संबंधित प्रयासों को केवल सतत ऊर्जा स्रोतों को अपनाने से आगे बढ़ना चाहिए। जबकि यह स्पष्ट रूप से एक महत्वपूर्ण और आवश्यक दृष्टिकोण है, यह मूलतः एक हाथ से जुगलबंदी करने के समान है। बल्कि, हमें ऐसे समाधान चाहिए जो हमारी ऊर्जा खपत की अक्षमताओं को भी संबोधित करें – और यही विकिरणीय शीतलीकरण उत्पादों का उद्देश्य है। Aaswath Raman के एक प्रकाशमान टेडटॉक में, उन्होंने हमारी कूलिंग आवश्यकताओं से उत्पन्न संभावित फीडबैक लूप को संबोधित करने के महत्व पर चर्चा की, और बताया कि विकिरणीय शीतलीकरण कैसे मदद कर सकता है।

बैक‑कॉन्टैक्ट माइक्रोमैट्रिक फोटोवोल्टाइक सेल जैसी अन्य प्रगतियों के साथ मिलाकर, यह देखना रोचक होगा कि Ceracool जैसी कंपनियों द्वारा आगामी वर्षों में उठाए गए पहलों के परिणामस्वरूप क्या लाभ प्राप्त होते हैं।