Ocieplanie za pomocą aerożelu krzemionkowego
Najnowsze osiągnięcia w dziedzinie materiałoznawstwa i nanotechnologii umożliwiły opracowanie nowych metod izolacji termicznej. Aerożele to nanomateriały, które są coraz częściej wykorzystywane do izolacji w wielu zastosowaniach, od budowy domów i obiektów handlowych po misje eksploracji kosmosu. Pomimo ich wyjątkowych właściwości fizycznych stosowanie aerożeli nie jest rozpowszechnione ze względu na wysokie koszty produkcji. Dzięki finansowaniu projektu Quartzene ze środków UE firma Svenska Aerogel opracowała opatentowany proces produkcji aerożelu o nazwie Quartzene®. Nowy materiał o wielkości cząstek rzędu mikrometrów może być sprzedawany po koszcie o 50–60% niższym niż wszystkie inne aerożele. „Nowe, opatentowane metody firmy Svenska Aerogel pozwolą na opracowanie pierwszej izolacji aerożelowej do zastosowań na rynku produktów masowych, takich jak budynki, powłoki i jednorazowe pojemniki na żywność”, zauważa założyciel firmy Svenska Aerogel i kierownik działu badań i rozwoju prof. Christer Sjöström. Bariery na drodze do powszechnego stosowania Aerożele należą do najmniej gęstych substancji stałych, ale biorąc pod uwagę ich wagę, są one niezwykle wytrzymałe i stanowią jedne z najlepszych znanych izolatorów. Jednak pomimo ich wielu wyjątkowych właściwości, ze względu na pory i miejsca rozdziału faz w ich strukturze, dotychczas tradycyjne aerożele nie były wykorzystywane w wielu zastosowaniach praktycznych. Główną przyczyną takiego stanu rzeczy są wysokie koszty produkcji związane ze złożonym procesem suszenia niezbędnym do wytworzenia aerożelu przy użyciu konwencjonalnych technik suszenia. W szczególności, tradycyjny aerożel krzemionkowy jest wytwarzany metodą zol-żel, w której wykorzystuje się syntezę porowatej sieci krzemionki w procesie mokrym. Późniejszy etap suszenia należy przeprowadzać w warunkach nadkrytycznych dla zastosowanego rozpuszczalnika w celu uniknięcia skurczenia się lub zapadnięcia stałej struktury. Tradycyjne techniki suszenia wymagają zastosowania względnie wysokich ciśnień, które ostatecznie powodują kurczenie się materiału lub prowadzą do uzyskania większej gęstości niż pożądana. Proces suszenia materiału Quartzene® odbywa się pod ciśnieniem otoczenia i przy niskich temperaturach. Jego wytwarzanie jest zatem znacznie tańsze niż tradycyjnych aerożeli produkowanych w drodze suszenia w warunkach nadkrytycznych. „Zastosowany proces suszenia pod ciśnieniem atmosferycznym umożliwia rozbicie stałych materiałów na mniejsze części poprzez zmielenie. Wysoka prędkość powietrza i małe cząsteczki wspomagają szybki i energooszczędny proces suszenia”, wyjaśnia prof. Sjöström. Jak zauważa: „Oprócz obniżenia kosztów produkcji nowy proces suszenia pozwala na ponowne wykorzystanie ciepła odpadowego w temperaturach powyżej temperatury otoczenia. Odzyskiwanie ciepła odpadowego i ponowne wykorzystanie może poprawić efektywność energetyczną nawet o 90%”. Produktem końcowym tego procesu suszenia jest drobnoziarnisty proszek, którego cząstki mają wielkość kilku mikronów, jednak można również wytworzyć większe cząstki, stosując różne techniki granulacji. Dzięki niestandardowej nanoporowatości, ultraniskiej gęstości oraz temu, że jedynymi produktami odpadowym jego produkcji są woda i sól, produkt Quartzene® może być wykorzystywany w szerokim zakresie zastosowań. Lekki beton do energooszczędnych budynków Jako granulowany i sproszkowany aerożel, materiał Quartzene® może przenosić swoje korzystne właściwości na materiały budowlane, takie jak spieniony beton. „Budynki odpowiadają obecnie za około 40% zużycia energii i 36% emisji CO2 w UE. Wprowadzenie materiałów termoizolacyjnych, takich jak Quartzene®, w istniejących budynkach może obniżyć emisje CO2 z systemów ogrzewania i chłodzenia o ponad 40%”, zauważa prof. Sjöström. W porównaniu z istniejącymi materiałami izolacyjnymi, nowy lekki beton Aercrete, wytwarzany poprzez mieszanie krzemionkowego aerożelu Quartzene®, zwiększał odporność termiczną i ognioodporność, czyli właściwości, które są bardzo potrzebne do takich zastosowań. Długa lista zastosowań Partnerzy projektu zbadali również zdolność jednorazowych pojemników na żywność wytworzonych z materiału Quartzene® do hamowania wymiany ciepła. Wykazano, że materiał izoluje żywność od środowiska, zachowując wymaganą temperaturę. Należąca do partnerów projektu firma Kolon Glotech wykorzystała i oceniła materiał Quartzene® w celu usprawnienia procesów obróbki powierzchni i powłok na potrzeby przemysłu motoryzacyjnego. Oprócz generowania zoptymalizowanych powierzchni i regulowania temperatury powierzchni badania były ukierunkowane na testowanie nowych produktów do tłumienia akustycznego. Materiał Quartzene® to połączenie wysokiej porowatości, bardzo niskiej gęstości i przewodności cieplnej w niskiej cenie. Energooszczędny i ekonomiczny proces produkcji opracowany przez firmę Svenska Aerogel sprawia, że ten materiał jest wyjątkowy w porównaniu do konwencjonalnych aerożeli.
Słowa kluczowe
Quartzene, aerożel, Svenska Aerogel, pojemniki na żywność, izolacja cieplna, suszenie w warunkach nadkrytycznych, spieniony beton, przemysł motoryzacyjny
