في العقدين الماضيين، حدثت ثورة في مواد البناء المستدامة، حيث ركز المبتكرون على ميزات مثل الحياد الكربوني والاستدامة. من الخيزران المصمم هندسيًا إلى أفلام النوافذ الشفافة، تركز بعض أفضل مواد البناء على كفاءة استخدام الطاقة. أعلن فريق من الفيزيائيين في جامعة كولورادو بولدر هذا الأسبوع عن مادة جديدة لعزل النوافذ: عازل حراري واضح بصريًا، أو اختصارًا MOCHI. لا، MOCHI ليست حلوى، إنها مادة شفافة تحبس الحرارة، وهذا أحد الاختراعات التي يمكن أن تغير مستقبل كفاءة الطاقة.
نظرًا لأن عازل الحرارة Mesoporous Optically Clear هو عبارة عن فم كبير، دعنا نقسمه لفك رموز ما يعنيه بالفعل وما يفعله. على مقياس النانو، تعني كلمة mesoporous ببساطة “فتحات متوسطة الحجم”، وتشير إلى شبكة من المسام في المادة. تزيد هذه المسام من مساحة السطح وتسمح للمادة بحبس الهواء والغازات. نظرًا لأن الهواء يتمتع بموصلية حرارية منخفضة، فإن جميع العوازل تقريبًا هي في الأساس مجرد حاملات للهواء. في السنوات الأخيرة، عمل علماء المواد على مواد ذات مسامية لاحتجاز الهواء بشكل أفضل؛ ومن الأمثلة على ذلك الهلام الهوائي الذي تستخدمه وكالة ناسا لعزل الإلكترونيات في مركبات المريخ.
ومع ذلك، كما يقول إيفان سماليوخ، كبير مؤلفي الدراسة، “إن العثور على عوازل شفافة يمثل تحديًا حقيقيًا”. يحبس MOCHI الحرارة مثل العازل التقليدي مع الحفاظ على وضوحه بما يكفي للرؤية من خلاله، مما يحافظ على دفء منزلك وراحته بينما يسمح لك بالاستمتاع بالمنظر.
اكتشف إمكانيات عزل النوافذ الشفافة
وفقًا لوزارة الطاقة، تمثل النوافذ حوالي 30% من فقدان الحرارة في المنزل، لذا فإن العثور على حل شفاف من شأنه أن يساعد في تقليل تكاليف الطاقة المنزلية، وهو أمر مهم بالنظر إلى أن المباني تمثل حوالي 40% من استهلاك الطاقة في جميع أنحاء العالم. يعتمد هذا الابتكار على نفس النوع من تقنية التغليف الفقاعي التي جعلت من الإيروجيل الخاص بوكالة ناسا ممكنًا، ولكن المسام الموجودة في الإيروجيل يتم توزيعها بشكل عشوائي، مما يؤدي إلى مظهر غائم أو دخاني. مع MOCHI، كانت الشفافية هي الهدف، وتم تحقيق ذلك باستخدام محلول خاص من الجزيئات التي تم استبدالها بعد ذلك بالهواء. في المنتج النهائي، يشكل الهواء حوالي 90% من الحجم الإجمالي لهذه المادة المسامية الجديدة.
لفهم كيفية عمل مادة MOCHI الجديدة التي طورها فريق جامعة كاليفورنيا في بولدر، تخيل كيف تنتقل الحرارة من جزيء إلى آخر عندما تصطدم ببعضها البعض. كلما اصطدمت الجزيئات ببعضها البعض، زادت دفئها، وزادت سرعتها. مع مادة مسامية، تمنع جدران المسام الجزيئات من الاصطدام ببعضها البعض، مما يوقف نقل الحرارة. وقال سماليوخ: “ليس لدى الجزيئات فرصة للتصادم بحرية مع بعضها البعض وتبادل الطاقة”.
من المحتمل أن تكون مواد MOCHI أكثر من مجرد مواد عازلة. وبما أن هذه المادة تحبس الحرارة، فإن الفرص لا حصر لها إذا أمكن استغلالها. وكما يشير سماليوخ، “حتى عندما يكون اليوم غائمًا إلى حد ما، لا يزال بإمكانك تسخير الكثير من الطاقة ومن ثم استخدامها لتسخين المياه والجزء الداخلي من المبنى الخاص بك.”
