鈥� F枚r att kyla till exempel byggnader anv盲nds idag fr盲mst traditionell luftkonditionering som kr盲ver b氓de stora m盲ngder energi och anv盲nder milj枚farliga kylmedier. Men med hj盲lp av passiv utstr氓lande kylning skulle rymdens kyla kunna anv盲ndas f枚r att komplettera vanlig AC och minska energif枚rbrukningen, s盲ger Magnus Jonsson, professor och ledare f枚r gruppen f枚r Organisk Fotonik och Nanooptik vid Link枚pings universitet.
Passiv utstr氓lande kylning, eller 鈥�passive radiative cooling鈥� p氓 engelska, inneb盲r att energi l盲mnar ett objekt i form av infrar枚d v盲rmestr氓lning. Alla objekt avger infrar枚d v盲rme 鈥� tr盲d, byggnader, vatten och 盲ven vi m盲nniskor. Mingna Liao, doktorand vid Laboratoriet f枚r organisk elektronik, LOE, placerar sitt prov i himmelssimulatorn. Foto Thor Balkhed
Olika typer av material avger olika m盲ngd infrar枚d v盲rme. Det beror p氓 materialets f枚rm氓ga att ta upp infrar枚d v盲rmestr氓lning 鈥� ju b盲ttre det 盲r p氓 att ta upp infrar枚d v盲rme desto b盲ttre 盲r materialet ocks氓 p氓 att avge v盲rmen. Som vanligt vitt skrivpapper, det 盲r bra p氓 att ta upp infrar枚d v盲rme och d盲rmed avge densamma. D盲remot 盲r metaller i st盲llet ganska d氓liga d氓 den mesta av v盲rmen reflekteras.
Rymden kyler
Tack vare atmosf盲rens f枚rm氓ga att sl盲ppa igenom ljus i just det infrar枚da v氓gl盲ngdsomr氓det kan man anv盲nda rymdens kyla, cirka 鈥�270 grader Celsius, f枚r att avl盲gsna v盲rmen fr氓n jorden. I och med temperaturskillnaden kan det bli det en nettotransport ut. Ett objekt kan d盲rf枚r f氓 l盲gre temperatur 盲n omgivningen endast med hj盲lp av passiv utstr氓lande kylning.
Enheten som forskarna utvecklat ger elektriskt styrbar passiv utstr氓lande kylning, och 盲r baserad p氓 en styrbar ledande polymer ovanp氓 ett por枚st papper med en elektrolyt. Foto Thor Balkhed Den h盲r effekten har anv盲nts l氓ngt tillbaka i historien f枚r att till exempel tillverka is i varmare klimat. Men p氓 senare 氓r har materialforskningen intresserat sig alltmer f枚r fenomenet och utvecklat nya material som har en h枚g f枚rm氓ga att avge infrar枚d v盲rme och samtidigt inte v盲rmas upp av solens str氓lar.
Nu har forskare vid Link枚pings universitet visat att temperaturen hos ett material kan regleras genom att elektriskt styra till vilken grad det avger v盲rme genom passiv utstr氓lande kylning. Konceptet anv盲nder en ledande polymer f枚r att elektrokemiskt styra emissiviteten hos materialet. Resultaten 盲r publicerade i tidskriften Cell Reports Physical Science.
鈥� Man kan j盲mf枚ra det med en termostat. I dagsl盲get lyckas vi justera temperaturen med 0,25 grader Celsius. Det kanske inte l氓ter som mycket men po盲ngen 盲r att vi lyckats visa att det g氓r att g枚ra den h盲r styrningen vid rumstemperatur och normalt tryck, s盲ger Debashree Banerjee, f枚rste forskningsingenj枚r vid Link枚pings universitet och huvudf枚rfattare av studien.
Forskarna menar att nu n盲r de visat att det g氓r att g枚ra finns potential att utveckla b氓de material och metod vidare. P氓 sikt kan man t盲nka sig material som kan l盲ggas p氓 ett tak, ungef盲r som en solcell, och p氓 s氓 vis styra den infrar枚da v盲rmestr氓lningen fr氓n huset och kyla n盲r det beh枚vs. Metoden kr盲ver extremt lite energif枚rbrukning och orsakar minimalt med f枚roreningar.Mingna Liao med himmelssimulatorn som ska likna kylan i yttre rymden. Foto Thor Balkhed P氓 盲nnu l盲ngre sikt kan till盲mpningsomr氓den ocks氓 inkludera kl盲der och tapeter f枚r att 盲ven inomhus reglera temperaturer och hur omgivningens temperatur upplevs.
Himmelssimulator
Samma forskargrupp har i en annan studie publicerad i Advanced Science utvecklat ett termoelektriskt system som utnyttjar samma princip. D盲r anv盲nds temperaturskillnaden mellan tv氓 cellulosamaterial d盲r det ena 盲r inf盲rgat med svart kol och d盲rmed ocks氓 tar upp solens v盲rme. Materialen 盲r sammankopplade med ett material som omvandlar temperaturskillnaden till en elektrisk potential. N盲r apparaten exponeras mot himlen skapas en elektrisk sp盲nning p氓 60mV vid m氓ttlig solstr氓lning, men konceptet fungerar 盲ven p氓 natten tack vare att de b氓da tr盲baserade materialen designats f枚r att ha olika f枚rm氓ga att utstr氓la v盲rme.
鈥� Vi anv盲nder inte bara solen utan 盲ven rymden som energik盲lla, s盲ger Mingna Liao som 盲r doktorand i gruppen och huvudf枚rfattare till artikeln in Advanced Science.
F枚r att kunna utf枚ra kontrollerade m盲tningar, f枚r b氓da studierna, byggde forskarna en himmelssimulator. P氓 s氓 s盲tt p氓verkades m盲tningarna inte av f枚r盲ndringar i omgivningen p氓 samma s盲tt som utomhus. Himmelssimulatorn best氓r av ett r枚r med aluminiumbekl盲dda sidor som reflekterar str氓lningen. I botten placeras ett k盲rl med ett material som absorberar v盲rmestr氓lningen och som 盲r nedkylt med flytande kv盲ve f枚r att simulera yttre rymdens kyla.
Forskningen har finansierats av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, Wallenberg Wood Science Center, Totalf枚rsvarets forskningsinstitut 鈥� FOI, Vetenskapsr氓det samt det strategiska forskningsomr氓det f枚r avancerade funktionella material, AFM, vid Link枚pings universitet.
Artikel: Debashree Banerjee, Tomas Hallberg, Shangzhi Chen, Chaoyang Kuang, Mingna Liao, Hans Kariis and Magnus P. Jonsson, Cell Reports Physical Science 2023, publicerad online 1 februari 2023, DOI: 10.1016/j.xcrp.2023.101274
Artikel: Mingna Liao, Debashree Banerjee, Tomas Hallberg, Christina Akerlind, Md Mehebub Alam, Qilun Zhang, Hans Kariis, Dan Zhao and Magnus P. Jonsson, Advanced Science 2023, publicerad online 18 januari 2023 DOI: 10.1002/advs.202206510
Cellulosa-material med olika tjocklek av en bel盲ggning som kontrollerar deras f枚rm氓ga att avge v盲rme i form av infrar枚tt ljus. Foto Thor Balkhed
