â För att kyla till exempel byggnader anvĂ€nds idag frĂ€mst traditionell luftkonditionering som krĂ€ver bĂ„de stora mĂ€ngder energi och anvĂ€nder miljöfarliga kylmedier. Men med hjĂ€lp av passiv utstrĂ„lande kylning skulle rymdens kyla kunna anvĂ€ndas för att komplettera vanlig AC och minska energiförbrukningen, sĂ€ger Magnus Jonsson, professor och ledare för gruppen för Organisk Fotonik och Nanooptik vid Linköpings universitet.
Passiv utstrĂ„lande kylning, eller âpassive radiative coolingâ pĂ„ engelska, innebĂ€r att energi lĂ€mnar ett objekt i form av infraröd vĂ€rmestrĂ„lning. Alla objekt avger infraröd vĂ€rme â trĂ€d, byggnader, vatten och Ă€ven vi mĂ€nniskor. Mingna Liao, doktorand vid Laboratoriet för organisk elektronik, LOE, placerar sitt prov i himmelssimulatorn. Foto Thor Balkhed
Olika typer av material avger olika mĂ€ngd infraröd vĂ€rme. Det beror pĂ„ materialets förmĂ„ga att ta upp infraröd vĂ€rmestrĂ„lning â ju bĂ€ttre det Ă€r pĂ„ att ta upp infraröd vĂ€rme desto bĂ€ttre Ă€r materialet ocksĂ„ pĂ„ att avge vĂ€rmen. Som vanligt vitt skrivpapper, det Ă€r bra pĂ„ att ta upp infraröd vĂ€rme och dĂ€rmed avge densamma. DĂ€remot Ă€r metaller i stĂ€llet ganska dĂ„liga dĂ„ den mesta av vĂ€rmen reflekteras.
Rymden kyler
Tack vare atmosfĂ€rens förmĂ„ga att slĂ€ppa igenom ljus i just det infraröda vĂ„glĂ€ngdsomrĂ„det kan man anvĂ€nda rymdens kyla, cirka â270 grader Celsius, för att avlĂ€gsna vĂ€rmen frĂ„n jorden. I och med temperaturskillnaden kan det bli det en nettotransport ut. Ett objekt kan dĂ€rför fĂ„ lĂ€gre temperatur Ă€n omgivningen endast med hjĂ€lp av passiv utstrĂ„lande kylning.
Enheten som forskarna utvecklat ger elektriskt styrbar passiv utstrÄlande kylning, och Àr baserad pÄ en styrbar ledande polymer ovanpÄ ett poröst papper med en elektrolyt. Foto Thor Balkhed Den hÀr effekten har anvÀnts lÄngt tillbaka i historien för att till exempel tillverka is i varmare klimat. Men pÄ senare Är har materialforskningen intresserat sig alltmer för fenomenet och utvecklat nya material som har en hög förmÄga att avge infraröd vÀrme och samtidigt inte vÀrmas upp av solens strÄlar.
Nu har forskare vid Linköpings universitet visat att temperaturen hos ett material kan regleras genom att elektriskt styra till vilken grad det avger vÀrme genom passiv utstrÄlande kylning. Konceptet anvÀnder en ledande polymer för att elektrokemiskt styra emissiviteten hos materialet. Resultaten Àr publicerade i tidskriften Cell Reports Physical Science.
â Man kan jĂ€mföra det med en termostat. I dagslĂ€get lyckas vi justera temperaturen med 0,25 grader Celsius. Det kanske inte lĂ„ter som mycket men poĂ€ngen Ă€r att vi lyckats visa att det gĂ„r att göra den hĂ€r styrningen vid rumstemperatur och normalt tryck, sĂ€ger Debashree Banerjee, förste forskningsingenjör vid Linköpings universitet och huvudförfattare av studien.
Forskarna menar att nu nÀr de visat att det gÄr att göra finns potential att utveckla bÄde material och metod vidare. PÄ sikt kan man tÀnka sig material som kan lÀggas pÄ ett tak, ungefÀr som en solcell, och pÄ sÄ vis styra den infraröda vÀrmestrÄlningen frÄn huset och kyla nÀr det behövs. Metoden krÀver extremt lite energiförbrukning och orsakar minimalt med föroreningar.Mingna Liao med himmelssimulatorn som ska likna kylan i yttre rymden. Foto Thor Balkhed PÄ Ànnu lÀngre sikt kan tillÀmpningsomrÄden ocksÄ inkludera klÀder och tapeter för att Àven 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. DÀr anvÀnds temperaturskillnaden mellan tvÄ cellulosamaterial dÀr det ena Àr infÀrgat med svart kol och dÀrmed ocksÄ tar upp solens vÀrme. Materialen Àr sammankopplade med ett material som omvandlar temperaturskillnaden till en elektrisk potential. NÀr apparaten exponeras mot himlen skapas en elektrisk spÀnning pÄ 60mV vid mÄttlig solstrÄlning, men konceptet fungerar Àven pÄ natten tack vare att de bÄda trÀbaserade materialen designats för att ha olika förmÄga att utstrÄla vÀrme.
â Vi anvĂ€nder inte bara solen utan Ă€ven rymden som energikĂ€lla, sĂ€ger Mingna Liao som Ă€r doktorand i gruppen och huvudförfattare till artikeln in Advanced Science.
För att kunna utföra kontrollerade mÀtningar, för bÄda studierna, byggde forskarna en himmelssimulator. PÄ sÄ sÀtt pÄverkades mÀtningarna inte av förÀndringar i omgivningen pÄ samma sÀtt som utomhus. Himmelssimulatorn bestÄr av ett rör med aluminiumbeklÀdda sidor som reflekterar strÄlningen. I botten placeras ett kÀrl med ett material som absorberar vÀrmestrÄlningen och som Àr nedkylt med flytande kvÀve för att simulera yttre rymdens kyla.
Forskningen har finansierats av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, Wallenberg Wood Science Center, Totalförsvarets forskningsinstitut â FOI, VetenskapsrĂ„det samt det strategiska forskningsomrĂ„det för avancerade funktionella material, AFM, vid Linköpings 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 belÀggning som kontrollerar deras förmÄga att avge vÀrme i form av infrarött ljus. Foto Thor Balkhed
