Wielbłądy stały się inspiracją dla nowej technologii chłodzenia

Czerpiąc inspirację z ewolucji, naukowcy opracowali nową technologię chłodzenia, wykorzystując tę ​​samą metodę, dzięki której wielbłądy chronią się przed przegrzaniem na pustyni.

Sposób, w jaki wielbłądy (i inne zwierzęta, a także ludzie) ochładzają się, zwykle polega na poceniu się. Gdy wzrasta wewnętrzna temperatura ciała, gruczoły potowe w skórze zaczynają wytwarzać pot. Ta słona woda osiada na skórze, a różnica wilgotności między nią a suchym powietrzem powoduje odparowywanie potu w postaci pary wodnej – zabierając ze sobą ciepło w postaci energii.

Badając ten proces, naukowcy opracowali technologię, która naśladuje pracę gruczołów potowych za pomocą hydrożelu, który jest żelopodobnym materiałem przeznaczonym do zatrzymywania dużych ilości wody. Pojedyncza warstwa tego hydrożelu mogła utrzymać coś w chłodzie, uwalniając wodę w ciągu około 40 godzin, po czym trzeba byłoby go uzupełniać, dodając więcej „potu”.

Aby wydłużyć czas, w którym hydrożel może utrzymać coś chłodnego, naukowcy ponownie spojrzeli na wielbłąda.

„Zoologowie donoszą, że ostrzyżony wielbłąd musi zwiększyć wydatek wody na pocenie się o 50 procent w ciągu dnia w porównaniu z wielbłądem który ma naturalną wełnianą sierść” – powiedział Jeffrey Grossman, starszy autor badania. Oznacza to, że zwierzę o mniejszej sierści musiało wytwarzać więcej potu, aby zachować chłód. Zatem hydrożel bez warstwy izolacyjnej na wierzchu traciłby wodę szybciej niż taki, który ma coś, co działa jak „futro”.

W tym celu naukowcy z Massachusetts Institute of Technology zaprojektowali warstwę aerożelu, która przepuszczałaby parę wodną .

„Naśladując podwójny system futra / gruczołu u wielbłądów, zaprojektowaliśmy podwójną warstwę izolacji parowania, która, podobnie jak w przypadku wielbłąda, pozwala na znaczne wydłużenie czasu biernego chłodzenia parowego przy takim samym zużyciu wody”, powiedział Grossman.

Przezroczysta dwuwarstwowa chłodząca hydrożel-aerożel inspirowana skórą i futrem wielbłąda © Zhengmao Lu i Ningxin Chen

Dwuwarstwowy projekt zespołu utrzymywał próbkę w temperaturze o 7°C niższej niż otoczenie przez 200 godzin, zanim trzeba było ją „ponownie naładować” większą ilością wody, pięć razy dłużej niż w przypadku metody jednowarstwowej.

W przeciwieństwie do systemów chłodzenia opartych na klimatyzatorach i lodówkach, technologia hydrożelowo-aerożelowa nie zużywa energii elektrycznej, dzięki czemu jest bardziej odpowiednia dla milionów ludzi na całym świecie, którzy nie mają dostępu do prądu.

„Chcemy, aby była to zielona technologia” – powiedział główny autor badania, Zhengmao Lu. „Po całkowitym wyschnięciu hydrożelu można go zanurzyć w wodzie (niekoniecznie czystej wodzie), a następnie uwodnić i ponownie funkcjonować przez wiele cykli chłodzenia”.

Jednak koszt produkcji tej technologii jest obecnie wąskim gardłem dla skalowalności, powiedział Grossman. Jednak w związku z wiadomościami, że szczepionka przeciwko koronawirusowi firmy Pfizer / BioNTech może wymagać przechowywania w temperaturze -70°C, poszukiwana jest tania, przenośna technologia chłodzenia.

„Jedną z głównych rzeczy, których uczymy się w tej pracy, jest korzyść z dodania porowatej izolacji, która, jak sądzę, może być przydatna również do regulacji temperatury szczepionki na koronawirusa ” – powiedział Lu. „Trzeba przyznać, że przy naszym obecnym zestawie materiałów, w którym głównym mechanizmem odprowadzania ciepła jest nadal parowanie wody, osiągnięcie tak niskich temperatur jest mało prawdopodobne”.

Lu twierdzi, że korzystając z ich odkrycia, rozwiązaniem problemu może być połączenie suchego lodu z porowatą izolacją.

„Do pewnego stopnia ludzie już to robią z istniejącymi pakietami suchego lodu. Aby osiągnąć jeszcze niższe temperatury niż te, musimy zoptymalizować projekt materiału izolacyjnego. W tym momencie spodziewamy się, że może to zająć kilka lat ”.

Źródło: Amy Barrett

Passive Sub-Ambient Cooling from a Transparent Evaporation-Insulation Bilayer

Zdjęcie: Unsplash

Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x