ไม้ระบายความร้อน ที่เน้นการออกแบบให้มีความเย็นและอยู่สบายโดยวิธีทางธรรมชาติ (Passive Cooling) ที่มีความแข็งแรงและยั่งยืน จะทำอย่างไรถ้าไม้ที่บ้านของคุณนั้นสามารถช่วยประหยัดค่าไฟฟ้า ในการแข่งขันการประหยัดพลังงานโดยใช้วิธีการระบายความร้อนวิธีทางธรรมชาติ ซึ่งไม่ต้องใช้ไฟฟ้าและติดตั้งไว้ในบ้านของคุณและสามารถประหยัดพื้นที่ได้ นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแมรีแลนด์ (University of Maryland) และมหาวิทยาลัยโคโลราโด (University of Colorado) ได้ใช้นาโนเทคโนโลยีทางธรรมชาติเพื่อช่วยแก้ปัญหาสำหรับอาคารเพื่อระบายความร้อนอย่างยั่งยืน
การใช้ไม้เพื่อการแก้ปัญหา – มันถูกใช้เป็นวัสดุก่อสร้างและสามารถนำกลับมาใช้ใหม่อย่างยั่งยืน โครงสร้างขนาดเล็กที่พบในไม้ – เส้นใยนาโนเซลลูโลสและท่อลำเลียงทางธรรมชาติช่วยในการเจริญเติบโตเพื่อส่งผ่านน้ำและสารอาหารภายในต้นไม้เพื่อการดำรงชีวิต – ไม้ที่ผ่านการแปรรูปเป็นพิเศษมีสมบัติทางแสงที่ช่วยกระจายความร้อน โดยผลของการศึกษานี้ถูกตีพิมพ์ในวันที่ 9 พฤษภาคมในวารสาร Science
“งานนี้สามารถขยายขอบเขตการใช้ไม้เพื่อประยุกต์ใช้ด้านพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพสูงและเป็นหนทางที่ยั่งยืนในการต่อสู้กับวิกฤตพลังงาน” โดย Prof. Jian Li แห่ง Northeast Forestry University และสมาชิกของ Chinese Academy of Engineering เป็นคนกล่าว
Liangbing Hu, Tian Li, Shuaiming He และทีมวิจัยจากภาควิชาวัสดุศาสตร์ มหาวิทยาลัยแมรีแลนด์ ได้ทำงานเกี่ยวกับไม้เป็นระยะเวลาหลายปี ทีมวิจัยได้คิดค้นนาโนเทคโนโลยีของไม้ ได้แก่ ไม้โปร่งใส (Transparent wood) แบตเตอรี่ไม้ราคาถูก (Low cost wood batteries) ไม้ที่แข็งแกร่งเป็นพิเศษ (Super strong wood) ไม้ที่เป็นฉนวนความร้อนสูง (Super thermal insulating wood) และเครื่องกรองน้ำที่ทำจากไม้ (Wood-based water purifier)
นับเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญอีกประการหนึ่งของนาโนเทคโนโลยีไม้ที่ทีมวิจัยของ Liangbing Hu จากมหาวิทยาลัยแมริแลนด์ประสบความสำเร็จ โดยการระบายความร้อนของวัสดุที่ทำจากไม้เพียงอย่างเดียว หรืออีกนัยหนึ่งคือ ไม่มีส่วนประกอบอื่น ๆ เช่นพอลิเมอร์เป็นส่วนประกอบ ซึ่งบ้านที่ทำจากวัสดุนี้สามารถทำให้บ้านมีความเย็นและเรียกได้ว่าเป็น Green building material
Prof. Xiaobo Yin และ Dr. Yao Zhai จากภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลและสาขาวิชาวัสดุศาสตร์ มหาวิทยาลัยโคโลราโดในเมือง Boulder ได้ศึกษาเกี่ยวกับวัสดุสำหรับการระบายความร้อนด้วยรังสี (Radiative cooling) ด้วยวัสดุประเภทฟิล์มบางและสี Dr. Zhai กล่าวว่า “เมื่อนำไปประยุกต์ใช้กับอาคาร การเปลี่ยนแปลงวัสดุเชิงโครงสร้างจะทำให้เย็นลงโดยไม่ต้องพึ่งพากการใช้ไฟฟ้าและน้ำ”
การกำจัดลิกนิน ลิกนินเป็นส่วนหนึ่งของไม้ที่ทำให้ไม้มีสีน้ำตาลและแข็งแรง นักวิจัยของมหาวิทยาลัยแมรีแลนด์ได้ทดลองสร้างไม้สีซีดที่ทำจากเส้นใยนาโนเซลลูโลส แล้วทำการบีบอัดไม้เพื่อคืนค่าความแข็งแรง และเพิ่มความสามารถในการป้องกันน้ำโดยเพิ่มสารประกอบที่ไม่ละลายน้ำลงไปเพื่อช่วยปกป้องไม้ ผลที่ได้ คือ วัสดุก่อสร้างสีขาวสว่างที่สามารถใช้เป็นหลังคาเพื่อลดความร้อนจากภายในอาคาร
งานวิจัยนี้ ทีมวิจัยได้นำไม้ระบายความร้อน (Cooling wood) ออกสู่สภาวะการทดสอบจริง ณ ฟาร์มในรัฐแอริโซนาที่มีอากาศอบอุ่น มีแดดตลอดเวลา และมีปริมาณลมต่ำ โดยพบว่าไม้ที่พวกเขาสร้างขึ้น มีอุณหภูมิคงที่โดยเฉลี่ย อยู่ที่ 5 – 6 องศาฟาเรนไฮต์ ซึ่งเย็นกว่าอุณหภูมิอากาศในสภาวะแวดล้อม แม้ในช่วงที่ร้อนที่สุดของวันไม้ชนิดนี้ยังคงมีอุณหภูมิที่เย็นกว่าอากาศ มีอุณหภูมิคงที่โดยเฉลี่ย 12 องศาฟาเรนไฮต์ ซึ่งเย็นกว่าไม้ตามธรรมชาติ และมีความอุ่นขึ้นเมื่อได้รับแสงแดด
Dr. Li กล่าวว่า “ไม้ที่ผ่านการสังเคราะห์ขึ้นนี้ สามารถใช้ได้ในสภาวะแวดล้อมเพื่อความเย็น ซึ่งทำหน้าที่คล้ายกับแผ่นระบายความร้อน (Heat sink) เพื่อปลดปล่อยพลังงานความร้อนออกสู่บรรยากาศ นับเป็นวัสดุที่มีความยั่งยืน เพื่อต่อสู้กับสภาวะโลกร้อนและความยั่งยืนทางพลังงาน”
สมบัติเชิงกลต่อน้ำหนักของไม้ประเภทนี้ยังมีความแข็งแรงกว่าเหล็ก ซึ่งทำให้เป็นทางเลือกที่ดีสำหรับวัสดุก่อสร้าง มันประเภทนี้ยังแข็งแรงกว่าไม้ธรรมชาติถึง 10 เท่า และมีความแข็งแรงกว่าเหล็กถึง 334 MPa·cm3/g (เมื่อเทียบกับ 110 MPa·cm3/g สำหรับเหล็ก) นอกจากนี้ยังเกิดความเสียหายได้น้อยกว่า ภายหลังจากทดสอบการขีดข่วน (Scratch test) และสามารถรับน้ำหนักได้มากกว่าไม้ธรรมชาติภายหลังจากการทดสอบแรงอัด (Compression test)
เพื่อที่จะศึกษาว่า ความสามารถในการประหยัดพลังงานของไม้ประเภทนี้ พวกเขาได้ลองคำนวณ ปริมาณความร้อนที่ใช้ โดยใช้วัสดุนี้เป็นอาคารประเภทอพาร์ตเมนต์ในเมืองต่าง ๆ ทั่วสหรัฐอเมริกาในทุกเขตภูมิอากาศ พบว่า ในนครฟีนิกซ์ (Phoenix) และโฮโนลูลู (Honolulu) ซึ่งเป็นเมืองร้อน สามารถประหยัดพลังงานได้มากที่สุด โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอาคารเก่า หากได้ทำการติดตั้งผนังและหลังคาแทนที่ด้วยไม้ระบายความร้อนนี้ จะสามารถประหยัดต้นทุนการทำความเย็นโดยเฉลี่ยได้ถึง 20%
“Prof. Hu และทีมวิจัย ได้แสดงให้ว่า การใช้ไม้ที่ไม่เพียงแต่จะมีโครงสร้างที่แข็งแกร่ง หากแต่ยังมีประโยชน์ในฐานะส่วนประกอบที่ใช้งานสำหรับการจัดการทางพลังงานซึ่งเป็นที่น่าสนใจว่าวัสดุชนิดเดียวกันที่ปล่อยความร้อนเมื่อมีการเผาไหม้จะสามารถนำมาใช้เพื่อระบายความร้อนให้กับอาคารต่าง ๆ ได้” ซึ่งคำกล่าวนี้ Prof. Orlando Rojas ประจำภาควิชาผลิตภัณฑ์และระบบชีวภาพ แห่งมหาวิทยาลัย Aalto ประเทศฟินแลนด์กล่าว
ที่มา:
- Tian Li et al., 2019, A radiative cooling structural material, Science, Vol. 364, Issue 6442, pp. 760-763. DOI: 10.1126/science.aau9101
- https://phys.org/news/2019-05-cooling-wood-strong-sustainable-solution.html
