Een stuk afvalhout lijkt misschien niet heel indrukwekkend. Toch zou het best wel eens de basis kunnen zijn voor een aanstormende energierevolutie.
Onderzoekers van Yonsei University in Zuid-Korea maakten een nieuw materiaal dat warmte op kan slaan en later weer netjes af kan geven. Het werkt als een soort compacte thermische batterij en is gemaakt van biochar (houtskool uit houtafval), klei en een wasachtige stof uit de paraffine-familie. Het onderzoek is te vinden in het blad Biochar.
Stollen en smelten
De truc zit in een zogenoemd faseovergangsmateriaal. Dat is een stof die veel warmte opneemt als het smelt, en die warmte weer loslaat als het stolt. In deze studie gebruikten de onderzoekers hexadecaan. Dat is een paraffine-achtige stof die rond kamertemperatuur kan smelten en stollen. Volgens het team is dat handig: in dat temperatuurbereik hebben gebouwen het meest last van dagelijkse schommelingen.
Alleen: gesmolten paraffine kan gaan lekken. Daarnaast smelt en stolt het vaak niet snel genoeg. Daarom zitten veel bestaande oplossingen vol dure koolstofmaterialen, zoals grafeen of nanobuisjes van koolstof. Door met die materialen een ‘skelet’ te maken kunnen ze een faseovergangsmateriaal vasthouden en als het ware een ‘zetje in de rug’ geven.
Het probleem: de productie van die koolstofmaterialen is vaak erg vervuilend en niet goed voor het milieu. Hoofdonderzoeker Dimberu Atinafu zegt: “Door een groener skelet voor paraffine te maken kunnen we meer warmte opvangen en die warmte sneller verplaatsen. Dat allemaal met materialen die afkomstig zijn uit biomassa en aardmineralen.”
Groener skelet
Voor dat ‘groenere’ skelet gebruikten de onderzoekers twee hoofdingrediënten. Het eerste is biochar gemaakt van sparrenhoutafval: een poreus, koolstofrijk materiaal dat een beetje lijkt op een spons. Het tweede is montmorilloniet, een kleimineraal met een gelaagde structuur. Die klei is van nature vrij dicht. Daarom behandelde het team de klei eerst met een organische hulpstof om de laagjes meer uit elkaar te halen.
Daarna mengden ze die aangepaste klei door de biochar. Zo ontstond een driedimensionaal poreus netwerk. Vervolgens lieten de onderzoekers vloeibare hexadecaan in het ontstane netwerk trekken. Het eindmateriaal kreeg de naam EMBC16. Naderhand bleek dat EMBC16 ongeveer 223 procent meer warmte opslaat dan een vergelijkbaar materiaal dat bestaat uit alleen klei en paraffine.
Ook de stabiliteit van EMBC16 valt op. In herhaalde tests waarin het materiaal steeds werd opgewarmd en afgekoeld (tussen ongeveer 23 en 50 graden Celsius) bleef EMBC16 na 1000 cycli nog meer dan 95,9 procent van zijn oorspronkelijke warmteopslag behouden. Ook lekte er minder dan 2,2 procent van de gesmolten paraffine weg. Dat wijst erop dat het skelet de vloeistof goed vast kan houden.
Thermische beelden
De onderzoekers keken ook alvast naar een mogelijke toepassing in gebouwen. Met simulatiesoftware voor energiegebruik testten ze het materiaal als binnenafwerking in een model van een historisch gebouw in Seoul. In die simulatie daalde het jaarlijkse energiegebruik voor koeling met ongeveer 54 procent vergeleken met wanden waar alleen paraffine in zou zitten.
Op thermische beelden zagen de onderzoekers bovendien dat oppervlakken met EMBC16 langzamer opwarmen en gecontroleerd afkoelen. Dat betekent dat de temperatuur in het gebouw minder schommelt. Het team denkt dat EMBC16 een duurzame optie is die makkelijk op grote schaal geproduceerd kan worden. Biochar kan gemaakt worden uit houtafval, en de gebruikte klei is ruim beschikbaar.
Toch kleven er ook nog ecologische nadelen aan EMBC16. Zo vraagt de huidige aanpak om een heel intensief wasproces, wat uiteindelijk veel afvalwater op kan leveren. De onderzoekers willen daarom tijdens het vervolgonderzoek kijken of ze die stap minder vervuilend kunnen maken. Ook willen ze kijken of het mogelijk is om het water in een gesloten loop te gebruiken.
We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook Onderzoekers komen met een warmtebatterij die volledig van biologisch afval is gemaakt en Deze batterij draait op suiker en vitamine B2 en kan energieopslag veiliger maken . Of lees dit artikel: Komen die temperatuurrecords door klimaatverandering? .
Ook elke dag vers het laatste wetenschapsnieuws in je inbox? Of elke week?
Schrijf je hier in voor de nieuwsbrief!
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:
