Создана прозрачная древесина, способная хранить и производить тепло

Полина Агеева – 03 апреля 2019

Древесина естественнее смотрится в хижинах и избах, чем в современной архитектуре, но специально обработанный тип древесины может стать модным строительным материалом завтрашнего дня. Ученые сообщили о новом виде прозрачной древесины, которая не только пропускает свет, но также поглощает и выделяет тепло, потенциально экономя на затратах энергии. Материал может нести большие нагрузки и является биоразлагаемым, открывая двери для его возможного использования в экологически чистых домах и других зданиях.

По мере развития экономики во всем мире потребление энергии резко возросло. Большая часть этой энергии используется для освещения, обогрева и охлаждения домов, офисов и других зданий. Стеклянные окна могут пропускать свет, помогая осветить и обогреть дома, но они не накапливают энергию для использования при заходе солнца.

«Еще в 2016 году мы показали, что прозрачная древесина обладает отличными теплоизоляционными свойствами по сравнению со стеклом в сочетании с высоким коэффициентом пропускания света. В новой работе мы постарались еще больше снизить энергопотребление здания, внедрив материал, который может поглощать, хранить и выделять тепло», – Келин Монтанари, представивший исследование.

Три года назад исследователь Ларс Берглунд и его коллеги сообщили о создании оптически прозрачной древесине в журнале ACS Biomacromolecules. Исследователи сделали материал, удалив поглощающий свет компонент (лигнин) из клеточных стенок бальзового дерева. Чтобы уменьшить рассеивание света, они включили акрил в пористую деревянную леску.

Опираясь на эту работу, Монтанари и Берглунд добавили полимер под названием полиэтиленгликоль (ПЭГ) в делигнифицированную древесину. «Мы выбрали PEG из-за его способности аккумулировать тепло, а также из-за его высокого сродства к древесине», – говорит Монтанари.

Прозрачная древесина. Фото: KTH Royal Institute of Technology

ПЭГ представляет собой твердое вещество, которое плавится при температуре 80 F, сохраняя энергию в процессе. Температуру плавления можно регулировать с помощью различных типов ПЭГ. «В солнечный день материал будет поглощать тепло, прежде чем достигнет внутреннего пространства, а в помещении будет прохладнее, чем снаружи. А ночью происходит обратное – ПЭГ становится твердым и выделяет тепло в помещении, чтобы вы могли поддерживать постоянную температуру в доме», – объясняет Монтанари.

Команда инкапсулировала ПЭГ в дерево, что предотвращало утечку полимера во время фазовых переходов. Они также включили акрил в материал, чтобы защитить его от влажности. Как и их предыдущая версия, модифицированная древесина была прозрачной, слегка мутной и прочной, но обладала дополнительным бонусом сохранения тепла.

Исследователи отмечают, что прозрачная древесина более экологична, чем другие строительные материалы, такие как пластик, бетон и стекло. В дополнение к своим способностям хранения тепла, прозрачная древесина может быть легче утилизирована после того, как она выполнит свою задачу. «ПЭГ и древесина являются как биооснованными, так и биоразлагаемыми. Единственная часть, которая не является биоразлагаемой, это акрил, но его можно заменить другим полимером на биологической основе», – отмечает Берглунд.

Теперь основное внимание уделяется расширению производственного процесса, чтобы он был осуществим в промышленности. По оценкам исследователей, прозрачная древесина может быть использована для нишевых применений в дизайне интерьера всего через пять лет. Они также пытаются увеличить емкость материала, чтобы сделать его еще более энергоэффективным.

Фото: American Chemical Society