По мере повышения температуры на всей Земле спрос на холодильные и кондиционирующие установки будет непрерывно расти. И это само по себе будет усугублять кризисную ситуацию: эффективность современных устройств охлаждения не так уж высока и они требуют много энергии, что ведёт к большим выбросам и усугублению парникового эффекта. Поэтому пассивные системы охлаждения только приветствуются, а новое изобретение учёных из MIT обещает повысить их эффективность.
Группа учёных из Массачусетского технологического института разработала перспективную трёхслойную панель для пассивного охлаждения. Заявлено, что технология позволяет даже во влажном климате снизить температуру панели на величину до 9,3 °C по сравнению с температурой окружающей среды. Всё что нужно для работы такой охлаждающей панели — это добавлять в неё обычную воду. Совсем немного воды. Для жаркого и засушливого климата это придётся делать чаще — один раз в четыре дня, а для регионов с повышенной влажностью достаточно будет доливать воду один раз в месяц.
Установка напоминает собой солнечную панель. Её верхний слой представляет собой аэрогель — пористую паропроницаемую пластиковую структуру с заполненными обычным воздухом порами. Под аэрогелем расположен слой гидрогеля — тоже слой полимера, но уже с водой в порах. Этот слой во многом похож на гидрогелевые медицинские повязки для лечения открытых ран. Третий — самый нижний слой — это зеркальная поверхность, отражающая солнечные лучи обратно, что предотвращает нагрев охлаждаемого объекта за панелью.
Исследователи подчеркнули, что они впервые объединили в одном решении давно известные принципы — это охлаждение методом испарения жидкости и радиационное охлаждение, когда инфракрасное излучение от объекта (тепло) уходит в космос, а не рассеивается в окружающем пространстве. На этом принципе уже предложен ряд систем охлаждения, которые могут даже обеспечить работу солнечным панелям в ночное время. Также интересным решением стало использование слоя аэрогеля в качестве теплоизоляции, которая дополнительно защищала охлаждаемый объект от нагрева солнечными лучами.
Работает сэндвич-панель следующим образом. Аэрогель пропускает инфракрасное излучение к слою гидрогеля, но отсекает все остальные лучи Солнца. Инфракрасное излучение испаряет воду в слое гидрогеля и пар выходит наружу через аэрогель. Избыточное инфракрасное излучение и собственное инфракрасное излучение панели излучается в космос. Расходный материал в такой схеме — это обычная вода. Опытный экземпляр показал рекордную эффективность панели, обеспечив разницу между температурой окружающей среды и панелью до 9,3 °C.
Предложенное решение может подойти как для домов, так и для контейнеров для перевозки и хранения продуктов питания в регионах, где нет стабильных источников электрической энергии. Подобными панелями можно оборудовать крышки продуктовых павильонов. Во влажном климате это поможет увеличить время хранения скоропортящихся продуктов до 40 % и в три раза в более сухих условиях (где разница в температуре охлаждения и воздуха будет выше).
Единственным барьером на пути коммерциализации разработки остаётся аэрогель, чьё производство пока неэффективно. Сегодня он производится только в лабораторных условиях в процессе смешивания полимера и растворителя и крайне долгой последующей сушки. Учёные обещают разработать технологию упрощённого производства аэрогеля и тогда пассивные холодильники и пассивные «бустеры» для кондиционеров могут стать массовыми.