鉄鋼よりも強力、最新のハイテク木材が建物を冷やすことができる
- 新しいタイプの木材は太陽光を反射し、余分な熱を放射します。
- この新しい木材の重量あたりの機械的強度は、鋼の3倍です。
- 建物の温度を10°Cまで下げることができ、冷却コストを60％削減できます。
米国では、建物が電力使用量の70％近くを占めており、年間の全国エネルギー料金は4,300億ドルを超えています。冷房と暖房だけで、このエネルギー使用量の48％を占めています。
熱力学の第二法則によれば、冷却は加熱よりも困難です。これまでのところ、科学者たちは、コンクリートや鉄鋼の生産を処理する方法や、冷却コストを削減するためのさまざまなパッシブ冷却スキームについて、さまざまな手法を考案してきました。
現在、メリーランド大学とコロラド大学の研究者は、太陽光を反射して余分な熱を放射する木材を使用してすべてを管理しているように見える単一のソリューションを発見しました。
新しい木を作る
ほとんどの材料は熱を吸収し、近赤外線（IR）フォトンとして放出します。これらの光子は周囲の空気分子に吸収され、その領域が高温になります。ここ数年、科学者たちは熱を捕らえ、より長い中赤外波長で放出する塗料やプラスチックフィルムを開発してきました。この場合、光子は熱を深宇宙に放出し、空気はこれらの波長を吸収しないため、周囲の領域は冷たく保たれます。
研究チームは、塗料やプラスチックシートを使用する代わりに、木材のそのような挙動を模倣しようとしました。木材は2つの主要な要素で構成されています：
- 長いわらのような構造を形成するセルロース
- ストローストランドを一緒に保持する接着剤のように動作するリグニン。
参照：ScienceMag | DOI：10.1126 / science.aau9101 |メリーランド大学
リグニンはIR光子を強く放出するため、研究者はこの元素を木材から取り除くことを選択しました。これを行うために、彼らは過酸化水素の溶液に木材を浸しました。次に、化学的に処理された木材を圧縮して、高密度の水素結合メッシュを形成しました。
これにより、天然木の8倍の強度の素材が得られました。実際、この新素材の重量あたりの機械的強度は、鋼の3倍以上です。スクラッチテストでは、木材が簡単に損傷しないことが証明されましたが、圧縮テストでは、天然木材よりも重い重量に耐えることができました。
効率
リグニンを取り除くことにより、木材は白くなり、ほとんどすべての入射光線を反射します。プラスチックシートほど効率的に熱を放出しませんが、大きな違いを生む可能性があります。
新しい木材のサンプル|クレジット：UMD
建物の外壁に固定すると、木材は温度を10°Cまで下げることができ、冷却コストを60％削減できます。さらに印象的なのは、ナノテクノロジーが木材のみに基づいていることです。他のコンポーネント（ポリマーなど）は含まれていません。
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ただし、新しい木材は可燃性であり、アスファルト屋根板などの標準的な屋根材よりもはるかに耐久性が低くなります。さらに、費用がかかる可能性があり、潜在的なエネルギー節約が費用を相殺しない可能性があります。
産業技術