Volg Duurzaamnieuws op Google News | Discover | of als voorkeursbron op Google
Op een dak nabij Madrid bleef een nieuw nanomateriaal in volle zon tot 12,9 °C koeler dan een onbehandeld oppervlak. Het Spaanse IMN-CNM ziet kansen om gebouwen minder afhankelijk te maken van energieverslindende airconditioning.
Een dak met traditionele pannen. Foto: iStock – senkaya
Op snikhete dagen draait airconditioning steeds vaker overuren, ook in Nederlandse woningen, kantoren en auto’s. Een onderzoeksteam onder leiding van Cristina V. Manzano van het Instituto de Micro y Nanotecnología (IMN-CNM, CSIC) in Tres Cantos heeft nu een dun nanomat ontwikkeld dat zonlicht terugkaatst en warmte via het infrarood kan afvoeren, zonder stekker of bewegende onderdelen. Het materiaal, vooral gemaakt van PVDF-kunststof, weerkaatst 82,4 procent van de inkomende zonnestraling en geeft 96,7 procent van zijn warmte af.
Koelen zonder stroom krijgt vorm
Het materiaal komt uit het Instituto de Micro- en Nanotechnologie, IMN-CNM, onderdeel van onderzoeksorganisatie CSIC. De groep Functional Nanoscale Devices for Energy, kortweg FINDER, ontwikkelde de mat als alternatief voor actieve koeling met een compressor.
Airconditioning is wereldwijd al goed voor zo’n 20 procent van het elektriciteitsverbruik, terwijl de vraag naar koeling in warme periodes verder groeit. Vooral op momenten dat veel mensen tegelijk de airco aanzetten, kan dat het stroomnet flink belasten.
De nanostructuur doet het zware werk
PVDF, voluit polyvinylideendifluoride, is een kunststof die warmte goed als infraroodstraling kan uitzenden. Het materiaal kan ook tegen uv-licht, stoot water af en blijft daardoor beter bruikbaar buiten. Regen helpt dus mee om het oppervlak schoon te houden.
De onderzoekers stopten de kunststof in piepkleine poriën van geanodiseerd aluminiumoxide. Zo ontstond een driedimensionaal netwerk waarvan ze de binnenkant op nanoschaal heel precies konden vormgeven. Juist die geometrie bepaalt hoeveel zonlicht zo’n koeloppervlak terugstuurt en hoeveel warmte het kwijt kan.
Goed om te weten
De atmosfeer laat infraroodwarmte tussen 8 en 13 micrometer relatief makkelijk door. Via dat deel van het spectrum kan warmte vanaf het aardoppervlak richting de ruimte ontsnappen.
Na het vullen van de poreuze mal koelde het team het materiaal zeer snel af. Die bewerking bleek belangrijk voor de prestaties. Een behandeling met uv-licht maakte het oppervlak vervolgens witter, waardoor het nog meer zonlicht terugkaatste.
Een daktest onder bijna volle zon
De proef op het dak in Tres Cantos vond plaats tijdens warme, droge en zonnige zomerdagen. Daar bereikte de zonnestraling een piek van 962 W/m². Het behandelde proefvlak bleef daarbij duidelijk koeler dan een vergelijkbaar oppervlak zonder coating.
In berekeningen kwam de optimale uitvoering uit op een koelvermogen van 182,3 W/m², gemeten bij een zoninstraling van 1.000 W/m². Dat vermogen ontstaat doordat het oppervlak tegelijk weinig zonnewarmte opneemt en eigen warmte naar buiten straalt.
- De kunststof zit in nanoporieuze structuren van aluminiumoxide.
- Uv-licht verhoogt de witheid en daarmee de weerkaatsing.
- De test vond plaats onder een maximale instraling van 962 W/m².
Deze techniek heet passieve radiatieve koeling. Het oppervlak koelt zonder ventilator of elektriciteitsaansluiting, wat het vooral interessant maakt op plekken waar je veel vierkante meters hebt, zoals daken en gevels. Daar kan een dunne laag al een groot oppervlak bereiken.
Van gevel tot auto
De onderzoekers zien toepassingen in woningen, voertuigen en elektronica die heet wordt tijdens gebruik. Een koeler dak kan voorkomen dat een gebouw zo snel opwarmt, terwijl een coating op elektronische apparatuur de warmteafvoer kan ondersteunen.
De productiewijze is relatief goedkoop en sluit aan op bestaande industriële processen. Veel koelmaterialen werken goed in een laboratorium maar zijn lastig in grote hoeveelheden te maken; deze nanomat is juist ontworpen met opschaling in gedachten.
Voor Nederlandse gebouwen zou zo’n laag vooral kunnen helpen op zonnige dagen waarop kantoren, appartementen en auto’s snel warmte vasthouden. Minder warmte die het gebouw binnenkomt, betekent dat een airco later aan hoeft of minder hard draait.
De stap naar echte daken moet nog komen
De dakproef laat zien wat het materiaal onder buitenomstandigheden kan doen; het is nog geen kant-en-klaar bouwproduct. De volgende stap is testen hoe lang de coating goed blijft werken op daken en gevels die jarenlang regen, vuil, wind en felle zon te verduren krijgen.
Ook moet blijken hoe fabrikanten de nanostructuur op grote rollen of platen kunnen aanbrengen zonder dat de prestaties wegvallen. Het onderzoek naar 3D-PVDF-nanonetwerken is gepubliceerd in Nanophotonics, met Cristina V. Manzano als projectleider vanuit het IMN-CNM in Tres Cantos.
