Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Πενσιλβάνια ανέπτυξαν ένα νέο τσιμεντοειδές υλικό, το οποίο εμπνέεται από το δέρμα του ελέφαντα και φιλοδοξεί να προσφέρει μια καινοτόμο λύση για την ψύξη των κτιρίων χωρίς τη χρήση κλιματιστικού. Το υλικό αυτό αξιοποιεί το νερό για να διατηρεί τις επιφάνειες πιο δροσερές. Στις εργαστηριακές δοκιμές, η επίστρωση παρέμεινε αισθητά πιο δροσερή από τις συμβατικές επικαλύψεις, με τη διαφορά θερμοκρασίας να φτάνει έως και τους 20 βαθμούς Κελσίου κάτω από την επιφάνεια.
Η έμπνευση από τη φύση
Η ιδέα για τη δημιουργία αυτού του καινοτόμου υλικού προήλθε από ένα χαρακτηριστικό του φυσικού κόσμου που δεν θα συνέδεε κανείς εύκολα με την οικοδομή. Το δέρμα του ελέφαντα διαθέτει βαθιές αυλακώσεις και μικρές ρωγμές στην επιφάνειά του. Αυτές οι φυσικές δομές έχουν την ικανότητα να συγκρατούν νερό και λάσπη για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα.
Καθώς το συγκρατημένο νερό εξατμίζεται από το δέρμα του ζώου, απομακρύνει θερμότητα από την επιφάνεια. Αυτή η διαδικασία βοηθά τους ελέφαντες να αντιμετωπίζουν αποτελεσματικά τις υψηλές θερμοκρασίες του περιβάλλοντος. Οι επιστήμονες προσπάθησαν να μεταφέρουν αυτή τη φυσική λειτουργία σε ένα τεχνητό υλικό, το οποίο θα μπορούσε να εφαρμοστεί σε στέγες και άλλες επιφάνειες κτιρίων.
Ο σχεδιασμός του καινοτόμου υλικού
Στην κατασκευαστική πρακτική, οι ρωγμές στο τσιμέντο θεωρούνται συνήθως ένα πρόβλημα, καθώς μπορούν να οδηγήσουν σε φθορές και να επιτρέψουν την είσοδο νερού στο εσωτερικό των δομών. Ωστόσο, στην περίπτωση του νέου υλικού, οι ερευνητές σχεδίασαν αυτές τις ρωγμές σκόπιμα.
Δημιούργησαν ένα συγκεκριμένο δίκτυο καναλιών που έχει ως στόχο να βοηθά το νερό να εξαπλώνεται ομοιόμορφα και να παραμένει στην επιφάνεια της επίστρωσης. Με αυτό τον τρόπο, το νερό δεν απομακρύνεται γρήγορα, αλλά παραμένει για να συμβάλει στη διαδικασία της ψύξης μέσω της σταδιακής εξάτμισης.
Τα συστατικά και η λειτουργία
Το μείγμα του νέου τσιμεντοειδούς υλικού περιλαμβάνει κοινό τσιμέντο Portland, ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο δομικό υλικό, και διατομίτη. Ο διατομίτης είναι ένα φυσικό υλικό που χαρακτηρίζεται από την πορώδη δομή του. Αποτελείται κυρίως από απολιθωμένα υπολείμματα μικροσκοπικών οργανισμών.
Οι πόροι του διατομίτη επιτρέπουν στο νερό να εισχωρεί γρήγορα στο υλικό. Παράλληλα, η ειδικά σχεδιασμένη γεωμετρία των ρωγμών στην επιφάνεια συμβάλλει στη σταδιακή εξάτμιση του νερού. Αυτός ο συνδυασμός εξασφαλίζει ότι το νερό παραμένει στην επιφάνεια για επαρκές χρονικό διάστημα, επιτρέποντας την αποτελεσματική απομάκρυνση της θερμότητας.
Εργαστηριακές δοκιμές και αποτελέσματα
Για να αξιολογήσουν την αποτελεσματικότητα του νέου υλικού, οι επιστήμονες πραγματοποίησαν συγκριτικές δοκιμές σε εργαστηριακό περιβάλλον. Συνέκριναν τρεις διαφορετικές επιφάνειες, στις οποίες εφάρμοσαν την ίδια ποσότητα νερού και τις εξέθεσαν σε παρόμοιες συνθήκες θέρμανσης.
Κάτω από την επίστρωση που περιείχε διατομίτη και το σχεδιασμένο δίκτυο ρωγμών, η θερμοκρασία έφτασε περίπου τους 32 βαθμούς Κελσίου. Αντίθετα, σε μια αντίστοιχη συμβατική επιφάνεια που διέθετε ρωγμές, η θερμοκρασία ήταν περίπου 42 βαθμοί Κελσίου. Στην περίπτωση μιας επιφάνειας χωρίς ρωγμές, η θερμοκρασία άγγιξε τους 52 βαθμούς Κελσίου.
Είναι σημαντικό να διευκρινιστεί ότι η διαφορά των 20 βαθμών Κελσίου αφορά τη θερμοκρασία που καταγράφηκε κάτω από τις δοκιμαστικές πλάκες στο πλαίσιο του συγκεκριμένου εργαστηριακού πειράματος. Αυτό δεν σημαίνει ότι ένα σπίτι θα γίνει αυτομάτως 20 βαθμούς πιο δροσερό αν καλυφθεί με το συγκεκριμένο υλικό στην πράξη.
Οι προκλήσεις για την εφαρμογή στην πράξη
Η τεχνολογία βρίσκεται ακόμη σε πρώιμο στάδιο και έχει δρόμο να διανύσει μέχρι να μπορέσει να χρησιμοποιηθεί ευρέως σε πραγματικές στέγες κτιρίων. Οι ερευνητές πρέπει να εξετάσουν διάφορες παραμέτρους για να διασφαλίσουν την πρακτική εφαρμογή και την αντοχή του υλικού.
Συγκεκριμένα, απαιτείται να μελετηθεί η αντοχή του υλικού στον ήλιο, στη βροχή, στη σκόνη και στις συνεχείς εναλλαγές θερμοκρασίας. Επιπλέον, είναι αναγκαίο να αξιολογηθεί πόσο αποτελεσματικό θα παραμείνει το υλικό έπειτα από χρόνια χρήσης σε πραγματικές συνθήκες. Σημαντικό ρόλο στην απόδοσή του θα παίζει και το κλίμα, καθώς σε ζεστές και ξηρές περιοχές, το νερό εξατμίζεται ευκολότερα.
Με πληροφορίες από: Gazzetta