Biotherm to najnowszy projekt polskich naukowców i świetny przykład tego, jak inwestycje w naukę i badania podstawowe mogą prowadzić do przełomowych innowacji. Zamiast walczyć z naturą, uczymy się od niej, aby tworzyć technologie, które są bardziej efektywne i przyjazne dla środowiska.
Polski projekt Biotherm, którym kieruje Łukasiewicz – Instytut Mikroelektroniki i Fotoniki, może w niedalekiej przyszłości zmienić nasze podejście do efektywności energetycznej budynków. Co ciekawe, jego fundamentem nie są tylko zaawansowane technologie czy nowoczesna inżynieria. Inspirację przyniosła natura, a konkretnie czarny motyl z Azji Południowo-Wschodniej.
Skrzydła jak czarna dziura. Troides magellanus i jego sekret
To nie żart – jednym z bohaterów rewolucyjnego projektu jest owad. Gatunek Troides magellanus, znany z ekstremalnie ciemnych, niemal aksamitnych skrzydeł, które potrafią pochłonąć aż 98 proc. światła widzialnego. To więcej niż większość materiałów opracowanych przez człowieka, włącznie z tymi stosowanymi w nowoczesnych panelach słonecznych.
Naukowcy nie są jednak zachwyceni samym kolorem. Zafascynowała ich struktura powierzchni skrzydeł. W skali mikro i nano przypomina ona skomplikowaną, trójwymiarową pułapkę na światło – światło wpada do środka, ale nie ma jak się z niego wydostać.
Efekt? Maksymalne pochłanianie energii promieniowania słonecznego. Co więcej, te same motyle mają też fragmenty skrzydeł niemal całkowicie białe, które z kolei świetnie odbijają światło. A więc: naturalne chłodzenie i naturalne ogrzewanie – wszystko w jednym organizmie.
Bioinspiracja w praktyce. Cel? Pasywne grzanie i chłodzenie budynków
Projekt Biotherm, którym kieruje dr hab. Michał Borysiewicz, idzie śladem matki natury. Celem jest stworzenie cienkowarstwowych, bioinspirowanych materiałów, które – niczym skrzydła motyla – będą albo niemal całkowicie pochłaniać światło, albo efektywnie je odbijać.
W praktyce oznacza to dwa typy powłok: jedne idealne do pasywnego ogrzewania (ciemne), inne do pasywnego chłodzenia (białe). Bez prądu, bez mechanicznego systemu klimatyzacji, bez dodatkowego zasilania.
A to nie tylko teoria. Naukowcy z zespołu Biotherm – wśród których są fizycy, specjaliści od nanomateriałów, zoolodzy i eksperci od modelowania optycznego – planują wytworzyć te nowe materiały metodą tzw. magnetronowego rozpylania katodowego.
To nowoczesna technika nanoszenia ultra cienkich powłok, w której z pomocą pola magnetycznego i jonów gazu (najczęściej argonu), z materiału „wybijane” są atomy. Te z kolei osiadają na innej powierzchni, tworząc bardzo jednorodną i cienką warstwę.
Więcej na Spider’s Web:
Z motyla na budynek. Jak będą działały nowe materiały?
W skrócie – dokładnie tak, jak w przyrodzie. Czarna powłoka na dachu lub ścianie będzie pochłaniać niemal całe światło słoneczne i efektywnie zamieniać je w ciepło, które może być wykorzystane do ogrzania wnętrza budynku.
Z kolei powłoka biała, o strukturze przypominającej pancerz jasnych owadów, będzie odbijać promieniowanie i zapobiegać nagrzewaniu się powierzchni – idealne rozwiązanie na lato i dla budynków położonych w nasłonecznionych miejscach.
Co ważne, wszystko to działa bez energii z zewnątrz. To znaczy: zero zużycia prądu, zero emisji CO2, zero hałasu. A mówimy tu o realnym zastosowaniu nie tylko na budynkach, ale też na urządzeniach, pojazdach, a choćby przenośnych modułach chłodzących czy grzewczych.
Motyle w laboratorium i przyszłość architektury
Biotherm to jednak nie tylko materiałowa inżynieria. To także próba lepszego zrozumienia ewolucji owadów. Naukowcy planują odwzorować w laboratorium skrzydła motyla – nie tylko pod względem struktury, ale też funkcji – i sprawdzić, jakie czynniki zadecydowały o ich zdolnościach do pochłaniania lub odbijania światła.
W tym celu przeprowadzą pomiary współczynnika odbicia światła, uzupełnią je symulacjami optycznymi i – na końcu – wykorzystają w praktycznych testach z promieniowaniem słonecznym.
W efekcie powstaną termoelektryczne moduły pokryte warstwami inspirowanymi skrzydłami motyli. Zostaną one wystawione na działanie słońca i poddane ocenie – zarówno jakościowej, jak i ilościowej. To właśnie te dane pokażą, czy nowoczesna technologia faktycznie dogoniła naturę.
Energia przyszłości? Być może już za kilka lat
Nie sposób nie zadać pytania: kiedy to wszystko trafi na rynek? Chociaż na konkrety pozostało za wcześnie, naukowcy nie ukrywają, iż opracowywane materiały mogą w przyszłości realnie zastąpić energochłonne systemy HVAC (ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji). Zamiast energożernych pomp ciepła czy klimatyzatorów, cienka powłoka na ścianie. Tanio, ekologicznie i bezobsługowo.
W dobie kryzysu klimatycznego i galopujących cen energii takie rozwiązania mogą stać się jednym z filarów zrównoważonego budownictwa.
