קירור קרינתי נלחם בשינויי אקלים על ידי שימוש בחלל כגוף קירור

סביבות עירוניות הופכות יותר ויותר רחבות וצפופות, וכתוצאה מכך יותר בטון וריצוף מאי פעם. הבעיה עם זה היא כמות החום הנספגת על ידי מבנים וכבישים. האזורים הסובבים נעשים חמים יותר, מערכות בקרת האקלים חייבות לעבוד קשה יותר, ופליטת גזי חממה מרקיעה שחקים. עם זה בחשבון, צוות חוקרים המבוסס מאוניברסיטת מרילנד מצא פתרון פשוט אך יעיל. זהו חומר שפותח לאחרונה המכונה 'זכוכית קירור', שיכול לעזור למתן את הבעיה ההולכת וגוברת זו ואת השפעתה על שינויי האקלים באמצעות קירור קרינתי.

פריצת הדרך לקירור קרינתי

המאבק בשינויי האקלים אינו רק מציאת מקורות אנרגיה נקיים. זה גם על שימוש יעיל בחשמל שאנחנו כבר יוצרים. במקרה זה, זכוכית קירור היא פריצת דרך הממנפת את אפקט אלבדו וקירור קרינתי כדי למנוע בעצם אנרגיה תרמית מהשמש להילכד בחומרי בניין טיפוסיים על ידי החזרה חזרה אל הריק של החלל - גוף חום ללא גבולות, השוכן ב-270 מעלות צלזיוס.

בה מאמר מחקרי, הצוות מצהיר שזה,

"...פיתח קומפוזיט פוטוני אקראי המורכב ממסגרת זכוכית מיקרו-נקבובית הכוללת פליטת LWIR [קרינת אינפרא אדום ארוכת גלים] סלקטיבית יחד עם החזר שמש גבוה יחסית וחלקיקי תחמוצת אלומיניום שמפזרים חזק את אור השמש ומונעים ציפוף של המבנה הנקבובי במהלך הייצור."

אומרים שהמוצר המתקבל, או 'זכוכית קירור', מתפקד היטב במגוון תנאים, אשר, לצד תהליך ייצור קל יחסית, עשוי רק להפוך אותו לכדאי עבור יישומים בקנה מידה גדול בסביבות עירוניות.

מקור: www.cera.cool

בכל הנוגע לביצועים, הצוות מציין כי,

"ציפוי זכוכית מיקרו-נקבי זה מאפשר ירידה בטמפרטורה של ~3.5° ו-4°C אפילו בתנאי לחות גבוהה (עד 80%) במהלך הצהריים והלילה, בהתאמה."

בכך, המאמר מציין שלבניין הממנף זכוכית קירור יש פוטנציאל להפחית את פליטת הפחמן שלו בשיעור של עד 10% בשנה. בקנה מידה על פני נופים עירוניים, זה משמעותי.

בעוד שהרעיון של מינוף קירור קרינתי למאבק בשינויי האקלים אינו דבר חדש, הביצועים והאפשריות הפוטנציאלית של מוצר חדש זה הם שהופכים אותו למעניין במיוחד.

מהו 'גוף קירור'?

למי שתוהה, גוף קירור הוא מכשיר או חומר הסופג ומפזר חום מחפץ אחר באמצעות מגע תרמי (בין ישיר או קורן). גרסאות מעשה ידי אדם משמשות בדרך כלל במערכות אלקטרוניות ומכניות לניהול טמפרטורה ולמניעת התחממות יתר. במקרה של קירור זכוכית, באמצעות קרינה לתוך ואקום החלל מתרחשת השלכה תרמית זו.

להלן סקירה כללית של המדע מאחורי גופי קירור:

הולכה תרמית: העיקרון העיקרי מאחורי גוף קירור הוא הולכה תרמית, תהליך פיזיקלי שבו חום מועבר דרך חומר. כאשר רכיב יוצר חום (כמו מעבד במחשב) מתחמם, הוא מעביר את החום שלו לגוף הקירור.

חוֹמֶר: גופי חום עשויים בדרך כלל מחומרים בעלי מוליכות תרמית גבוהה, כגון אלומיניום או נחושת. חומרים אלו למעשה מעבירים חום מהרכיב ומפזרים אותו על פני שטח גדול יותר.

עיצוב ושטח פנים: היבט מרכזי בעיצוב של גוף קירור הוא שטח הפנים שלו. לגוף קירור רבים יש סנפירים או מבנים אחרים כדי להגדיל את שטח הפנים שלהם. זה מאפשר ליותר אוויר לבוא במגע עם גוף הקירור, מה שמגביר את פיזור החום.

הולכת חום: אוויר או נוזל הנעים על פני השטח של גוף הקירור מקלים על קירור הסעה. בקירור פסיבי, זרימת אוויר טבעית מפזרת חום, בעוד שבמערכות קירור אקטיביות משתמשים במאווררים או במשאבות להגברת זרימת האוויר או הנוזל, בהתאמה, מה שמשפר את אפקט הקירור.

קרינה: גופי חום גם מפזרים חום באמצעות קרינה. החום שסופג גוף הקירור נפלט כקרינת אינפרא אדומה, מה שמסייע עוד יותר בקירור המכשיר.

היעילות של גוף קירור תלויה במספר גורמים, כולל מוליכות תרמית של החומר, העיצוב (במיוחד שטח הפנים), טמפרטורת הסביבה וקצב זרימת האוויר או הנוזל מעל גוף הקירור. על ידי ניהול יעיל של אנרגיה תרמית, גופי חום ממלאים תפקיד מכריע באמינות ובאורך החיים של מערכות אלקטרוניות ומכניות.

מה זה 'קירור קרינתי'?

בינתיים, קירור קרינתי הוא תהליך טבעי שבו עצמים משחררים חום בצורה של קרינת אינפרא אדום. תהליך זה כבר משחק תפקיד בטבע עם מאזן האנרגיה של כדור הארץ ויש לו יישומים חשובים בטכנולוגיות שונות.

הנה מבט מקרוב על המדע מאחורי קירור קרינה:

קרינה אינפרא - אדומה: כל העצמים פולטים אנרגיה בצורה של קרינה אלקטרומגנטית, שעוצמתה תלויה בטמפרטורה שלהם. בטמפרטורות הנפוצות על פני כדור הארץ, קרינה זו נמצאת בעיקר בספקטרום האינפרא אדום. קירור קרינתי מתרחש כאשר חפץ, כמו פני כדור הארץ או בניין, פולט יותר קרינה אינפרא אדומה ממה שהוא סופג.

פליטה לחלל: אחד ההיבטים המרכזיים של קירור קרינתי הוא היכולת של חומרים או משטחים מסוימים לפלוט חום ישירות לחלל. זה אפשרי מכיוון שלאטמוספירה יש 'חלונות' ספציפיים שקופים לאורכי גל מסוימים של קרינת אינפרא אדום, המאפשרים לאנרגיה זו לעבור ולברוח לחלל.

יום מול לילה קירור: קירור קרינתי הוא היעיל ביותר בלילה, שכן במהלך היום, ספיגת קרינת השמש נוטה לקזז את אפקט הקירור. בלילה, ללא הזנת אנרגיה סולארית, משטחים יכולים להתקרר על ידי פליטת קרינת אינפרא אדומה בצורה יעילה יותר.

קשר לאפקט אלבדו: אפקט האלבדו נוגע בעיקר להחזר של אור השמש הנראה לעין, בעוד שקירור קרינתי הוא על פליטת קרינת אינפרא אדום. עם זאת, הם קשורים במונחים של מאזן אנרגיה. משטח עם אלבדו גבוה מחזיר יותר קרינת שמש, סופג פחות חום במהלך היום. זה יכול לשפר את הקירור הקרינה בלילה, מכיוון שפחות חום נספג להיפלט מחדש. לעומת זאת, משטח בעל אלבדו נמוך מתחמם יותר במהלך היום, ועלול לפלוט יותר קרינת אינפרא אדום אם יש לו פליטות גבוהה.

יישומים: לקירור קרינתי יש יישומים מעשיים במערכות קירור פסיביות, כמו בבניינים ובכלי רכב. זה גם נחקר לשימוש בטכנולוגיות ברות קיימא, כמו לוחות הקירור שנדונו כאן, שיכולים להפחית את ההסתמכות על מיזוג אוויר המופעל בחשמל.

קירור קרינתי הוא תהליך טבעי חשוב המסייע בוויסות הטמפרטורה על ידי פליטת קרינת אינפרא אדום. אמנם נבדל מאפקט האלבדו, הכרוך בהחזרה של אור השמש, אך גם תורמים לדינמיקה התרמית של משטחים וגם ממלאים תפקידים קריטיים במערכות סביבתיות טבעיות וגם במערכות הנדסיות.

שחקני תעשייה מתמודדים עם שינויי אקלים

למי שמעוניין ללמוד אילו חברות ציבוריות מפתחות באופן פעיל פתרונות למלחמה בשינויי האקלים, שקול את הדברים הבאים.

*הנתונים המפורטים להלן היו מדויקים בזמן כתיבת שורות אלו ועשויים להשתנות. כל משקיע פוטנציאלי צריך לאמת מדדים*

1. חברת FuelCell Energy, Inc.

חברת FuelCell Energy, Inc. (FCEL +% 2.12)

FuelCell Energy היא מובילה בפיתוח ופריסה של טכנולוגיית תאי דלק. היא מתמקדת בתכנון, ייצור, הפעלה ושירות של תחנות כוח יעילות ונקיות של תאי דלק. הפתרונות שלה מכוונים להפחית את ההסתמכות על דלקים מאובנים ולהפחית את פליטת הפחמן, ובכך לתרום למאבק בשינויי האקלים. תאי הדלק של החברה מספקים שילוב ייחודי של ייצור חשמל נקי, אמין ויעיל, מה שהופך אותם לחלק חשוב במעבר לאנרגיה בת קיימא.

2. Brookfield Renewable Partners LP

Brookfield Renewable Partners LP (סיומת BEP +% 1.27)

Brookfield Renewable Partners מפעילה את אחת מפלטפורמות הכוח המתחדשות הגדולות בעולם הנסחרות בבורסה. הפורטפוליו שלה כולל מתקני הידרואלקטריה, רוח, שמש ואחסון ברחבי צפון אמריקה, דרום אמריקה, אירופה ואסיה. עם מחויבות חזקה לקיימות, Brookfield Renewable Partners מתמקדת ביצירת ערך לטווח ארוך באמצעות נכסי אנרגיה מתחדשת, וממלאת תפקיד משמעותי במעבר הגלובלי לעבר מקורות כוח נקיים ומתחדשים כדי להילחם בשינויי האקלים.

3. ChargePoint Holdings, Inc.

ChargePoint Holdings, Inc. (CHPT +% 0.68)

ChargePoint Holdings נמצאת בחוד החנית של מהפכת הרכב החשמלי, מפעילה את אחת מרשתות הטעינה הנרחבות והפתוחות ביותר של EV. החברה מספקת פתרונות טעינה חדשניים ונגישים במגוון מגזרים, כולל מגורים, מסחר ושטחים ציבוריים. על ידי הקלה על אימוץ כלי רכב חשמליים, ChargePoint Holdings תורמת ישירות להפחתת פליטת גזי חממה ולמעבר מהתלות בדלק מאובנים, מסמנת צעד מכריע במאבק בשינויי האקלים.

חברות בולטות הממנפות קירור קרינתי

למרות שאינו נסחר בבורסה, יש סטארטאפ ראוי לציון שכבר פועל ליישם ולהרחיב את המדע מאחורי זכוכית הקירור הזו. למעשה, היא נוסדה על ידי אותם חוקרים שמאחורי פריצת הדרך הזו. החברה הזו היא Ceracool.

Ceracool פיתחה 'צבע קירור קרינתי', שמתפקד על בסיס אותו רעיון של זכוכית הקירור. החברה מציגה את צבע הקירור הקרינה שלה כמציעה "... מיזוג אוויר חינם על ידי החזרת למעלה מ-95% מקרינת השמש ובו זמנית פליטת חום לטמפרטורות כמעט אפס מוחלטות של החלל העמוק דרך חלון השקיפות האטמוספרי."  מה שהופך את המוצר הזה למעניין במיוחד הוא שניתן ליישם אותו בקלות על משטחים המועדים להצטברות תרמית (גגות, כבישים וכו') על ידי ריסוס או הברשה.

דוגמה נוספת לחברה פרטית המתחדשת בטכנולוגיית קירור קרינתי היא SkyCool Systems.

SkyCool Systems היא חברת אנרגיה נקייה המפתחת פתרונות קירור מתקדמים הממנפים קירור קרינתי. הגישה שלה כוללת חומר קירור קרינתי המשולב במערכת פאנלים שנועדה לשפר משמעותית את היעילות של מערכות קירור מבוססות דחיסת אדים. בדומה ל-Ceracool, עבודתה החלוצית של SkyCool Systems בתחום זה מייצגת צעד מבטיח קדימה בהתמודדות עם אתגרי הקירור בעולם, ומציעה הן יתרונות סביבתיים והן חיסכון בעלויות האנרגיה.

מחשבות סופיות

בסופו של יום, המאמצים סביב שינויי האקלים צריכים להתרחב מעבר ללקיחת מקורות אנרגיה ברי קיימא בלבד. למרות שזו כמובן גישה חיונית וחשובה, היא בעצם דומה ללהטוטנות ביד אחת. במקום זאת, אנחנו צריכים פתרונות שמתייחסים גם לחוסר יעילות בצריכת החשמל שלנו - ובזה בדיוק עוסקים מוצרי קירור קרינתי. ב-TedTalk מאיר מאת Aaswatth Raman, הוא נגע בחשיבות הטיפול בלולאת משוב פוטנציאלית הנובעת מצרכי הקירור שלנו, וכיצד קירור קרינה עשוי לעזור.

בשילוב עם פריצות דרך אחרות כמו תאים פוטו-וולטאיים מיקרומטריים במגע אחורי, זה צריך להיות מעניין לראות את היתרונות הנובעים מהיוזמות של חברות כמו Ceracool בשנים הקרובות.