.webp)
6 دقیقه
پیشرفت در خنک‌سازی غیرفعال
وقتی دمای هوای بیرون بالا می‌رود، اغلب مردم سیستمهای تهویه را قوی‌تر می‌کنند — راه‌حلی مؤثر اما پرمصرف. پژوهشگرانی به سرپرستی وی شِه در دانشگاه Southeast University در چین، سیمانی جدید توسعه داده‌اند که به‌صورت پسیو سطح ساختمان‌ها را خنک میکند و میتواند وابستگی به خنک‌کننده‌های مکانیکی را کاهش دهد. یافته‌های آن‌ها که در Science Advances منتشر شده است، سیمانی را توصیف میکند که با بازتابش نور خورشید و گسیل گرما به‌صورت تابش فروسرخ، سقف‌ها و دیوارها را سردتر از هوای محیط نگه می‌دارد — رویکردی که میتواند در مدیریت گرمای شهری و کاهش مصرف انرژی نقش داشته باشد.
نحوه کار ماده: بازتاب و گسیل حرارتی
سیمان سنتی به‌راحتی تابش فروسرخ خورشیدی را جذب کرده و آن را به‌صورت گرما ذخیره میکند که فضای داخلی را گرم می‌سازد. برای معکوس کردن این رفتار، تیم تحقیقاتی شیمی و ریزساختار سیمان را بازطراحی کردند. آن‌ها سطح را با بلورهای نانومقیاسِ بسیار بازتابندهِ کانی اتترینگیت (ettringite) پوشاندند. این بلورها بازتابش خورشیدی را افزایش میدهند — مانند آیینه‌ای برای نور خورشید — و همزمان گسیل حرارتی در محدوده فروسرخ میانی را تقویت می‌کنند تا سطح بتواند گرما را مؤثرتر تابش کند.
این ماده از اجزای معمول سیمان تولید می‌شود. تیم پژوهشی گلوله‌هایی از سنگ آهک، گچ و کانی‌های مرتبط ساختند، آن‌ها را آسیاب کرده و به پودری ریز تبدیل کردند، سپس پودر را با آب مخلوط کرده و خمیر را در قالب‌های سیلیکونی مشبک ریختند. سوراخ‌های قالب فرورفتگی‌های ریز را ایجاد کردند که در آن‌ها بلورهای اتترینگیت در هنگام هیدراتاسیون رشد کردند و سطحی با بافت بهینه‌شده برای بازتاب نور خورشید و گسیل گرما به‌وجود آمد. نویسندگان محصول نهایی را همزمان مانند یک آیینه و یک رادیاتور توصیف می‌کنند. این رویکرد به‌ویژه در زمینه‌هایی مانند سیمان منعکس‌کننده نور خورشید و خنک‌سازی تشعشعی قابلتوجه است.
آزمایش میدانی و عملکرد
سیمان سوپرکول در یک آزمایش میدانی روی بام دانشگاه Purdue نصب و آزمایش شد. در زیر آفتاب شدید ظهر، دمای سطح سیمان ۵٫۴ درجه سلسیوس کمتر از هوای اطراف اندازه‌گیری شد — نمایش مهمی از خنک‌سازی پسیو تحت شرایط واقعی. علاوه بر عملکرد نوری، ماده تحت آزمایشهای دوام مکانیکی، محیطی و نوری قرار گرفت تا مناسب‌بودن آن برای کاربردهای ساختمانی ارزیابی شود.
کندن لایهٔ قابل بازیافت و قابل استفادهٔ PDMS از سطح سیمان سوپرکول. اعتبار: Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adv2820
آزمون مستقیم زمان جامد شدن. این آزمون نشان‌دهنده طراحی سریع‌گیر سیمان سوپرکول است که به‌طور مستقیم توسط آزمون سوزن ویکات قابل ارزیابی نیست. تنها ۶ دقیقه پس از هیدراتاسیون، سیمان سوپرکول تا حدی سفت شده بود که ضربهٔ یک توپ آهنی ۲۰۰ گرمی را تحمل کند و تنها یک فرورفتگی کوچک ایجاد شد. اعتبار: Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adv2820
.avif)
پیامدهای زیست‌محیطی و صنعتی
فراتر از خنک‌کنندگی فوری، تیم با استفاده از یادگیری ماشین اثرات چرخهٔ عمر و تأثیرات اقلیمی را ارزیابی کرد. تحلیل آن‌ها نشان میدهد این ماده میتواند در طول عمر ۷۰ سالهٔ یک ساختمان — با فرض پذیرش در مقیاس وسیع و سناریوهای تولید واقعبینانه — اثر کربنی خالص منفی داشته باشد. این نتیجه از کاهش نیاز به انرژی عملیاتی (کاهش استفاده از تهویه مطبوع) همراه با امکان تولید این سیمان با تغییرات نسبتاً کم در فرایندهای تولید فعلی حاصل می‌شود.
«ما با رویکردی از پایین‌به‌بالا سیمان را از جذب‌کنندهٔ گرما به بازتابندهٔ گرما تبدیل کرده‌ایم»، نویسندگان می‌نویسند. «این پیشرفت میتواند صنعت سنگین سیمان را به سیستمی با انتشار کربن منفی تبدیل کند، جایی که سیمان سوپرکول نقش کلیدی در پیشبرد آینده‌ای کم‌مصرف و عاری از کربن برای صنعت ساخت‌وساز ایفا کند.»
ساختمان‌ها حدوداً ۴۰٪ از مصرف انرژی جهانی و نزدیک به ۳۶٪ از انتشار کربن را تشکیل میدهند. اگر سیمان سوپرکول قابل مقیاس شدن و استقرار وسیع باشد، این فناوری میتواند گرمای شهری را کاهش دهد، نیاز به برق را پایین بیاورد و انتشار ناشی از سرمایش را کاهش دهد — امری که در آب و هوای گرم و شهرهای پرتراکم که تهویه مطبوع باعث اوج‌گیری مصرف می‌شود، بسیار ارزشمند خواهد بود.
تکنولوژی‌های مرتبط و چشم‌انداز آینده
سیمان سوپرکول مکمل دیگر روشهای خنک‌سازی پسیو مانند غشاهای سقفی بازتابنده، رنگ‌های خنک و پوشش‌های تابشی است که گرما را به آسمان منتشر می‌کنند. یکپارچه‌سازی آن در بتن سازه‌ای، کاشی‌های سقف یا روکش‌ها میتواند امکان گسترش وسیع بدون تغییرات عمده در طراحی ساختمان را فراهم کند. گامهای بعدی کلیدی شامل مقیاسبندی روشهای تولید، آزمایشهای فرسایش بلندمدت در اقلیمهای مختلف و آزمونهای سازگاری با سیستمهای تقویتکننده و عایق‌بندی آب‌بند است.
نظر کارشناسان
دکتر لیلا مورنو، دانشمند مواد متخصص در سامانه‌های ساختمانی پایدار، اظهار میکند: «این کار قابل توجه است چون از شیمی معمول سیمان و یک رویکرد ریزساختاری هوشمند استفاده میکند تا خنک‌سازی تابشی حاصل شود. خنک‌شدن سطح به اندازهٔ ۵٫۴ درجهٔ سلسیوس در آزمایشهای میدانی قابل توجه است — اگر این عملکرد در فصول و نصب‌های مختلف حفظ شود، میتواند ابزار کم‌هزینه و کم‌نگهداری برای کاهش بار سرمایشی باشد. چالش‌های اصلی تأیید دوام و اطمینان از پذیرش تولید توسط صنعت سیمان بدون افزایش قابلتوجه انتشار یا هزینه است.»
نتیجه‌گیری
سیمان سوپرکول گامی امیدوارکننده به سوی خنک‌سازی پسیو در محیط‌های ساخته‌شده است. با ترکیب بلورهای بازتابندهٔ اتترینگیت و توپوگرافی سطحی طراحی‌شده، این ماده نور خورشید را منعکس و گرما را تابش میکند تا دمای سطح را زیر دمای محیط نگه دارد. اگر قابل مقیاس و پایدار باشد، این نوآوری میتواند تقاضای تهویه مطبوع را کاهش دهد، گرمای شهری را کم کند و به کاهش کربن در بخش پرانرژی ساختمان کمک کند. آزمایشهای ادامه‌دار و تلاش‌های تجاریسازی مشخص خواهند کرد آیا این راه‌حل از آزمایشگاه تا بام میتواند به‌طور گسترده برای کمک به خنک‌تر نگه‌داشتن شهرها و ساختمان‌ها با مصرف انرژی کمتر به‌کار گرفته شود.
منبع: techxplore
.avif)
نظرات