画期的ハイテク木材が建物温度を10℃下げ、冷房コスト60%削減

米国では建物が電力使用のほぼ70%を占め、年間国家エネルギー費は4,300億ドル超。冷暖房だけでこのエネルギー使用の48%を占めます。

熱力学第2法則によれば、冷却は加熱より困難。これまでコンクリート・鉄鋼生産の扱いや様々な受動冷却スキームで冷房コスト削減が図られてきました。

メリーランド大学とコロラド大学の研究者たちが、日光を反射し余分な熱を放射する木材で、これら全てを管理できる単一ソリューションを発見しました。

新木材の製造

ほとんどの材料は熱を吸収し、近赤外（IR）光子として放出。これらは周囲の空気分子に吸収され、領域を高温にします。近年、熱を捕捉しより長い中間IR波長で放出する塗料やプラスチックフィルムが開発されました。この場合、光子は熱を深宇宙に放出し、空気がこれら波長を吸収しないため周囲は涼しいままです。

塗料やプラスチックシートの代わりに、木材で同様の挙動を模倣しようとしました。木材は2主要要素で構成：

Reference: ScienceMag | DOI:10.1126/science.aau9101 | University of Maryland

リグニンは強くIR光子を放出するため、この成分を木材から除去することを選択。過酸化水素溶液に木材を浸漬し、化学処理した木材を圧縮。密な水素結合メッシュが形成されました。

結果、天然木材の8倍の強度。単位重量あたりの機械的強度は鉄鋼の3倍以上。引っかきテストで容易に損傷せず、圧縮テストで天然木材以上の重量に耐えることが判明。

リグニン除去で木材が白くなり、ほぼ全ての入射光を反射。プラスチックシートほど効率的に熱を放射しないものの、大きな違いを生み出せます。

新木材サンプル | Credit: UMD

建物外壁に固定すれば、温度を最大10℃低下、冷房コスト60%削減可能。より印象的なのは、ナノテクノロジーが木材のみに基づき、ポリマーなど他成分を含まない点です。

ただし、新木材は可燃性で、アスファルトシングルなど標準屋根材より耐久性が低い。またコスト高の可能性があり、省エネ効果が費用を相殺できない恐れがあります。

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