Als het straks weer lekker warm wordt in Europa, zetten ook heel veel mensen hun airconditioning aan. Dat is echter niet zo goed voor het milieu. Het kost veel stroom. Ook zijn de koelvloeistoffen niet bepaald milieuvriendelijk. Onderzoekers hebben nu de eerste stappen gezet op weg naar een innovatief en milieuvriendelijk koelsysteem voor gebouwen. De technologie is geïnspireerd op het bekende transpiratieproces dat ons lichaam gebruikt om af te koelen. Net als bij de meer conventionele koelapparatuur, werkt ook deze nieuwe technologie op basis van een vloeistofverdamping. Het belangrijkste verschil is dat hierbij alleen water en gewoon zout nodig is, in plaats van chemicaliën die schadelijk kunnen zijn voor het milieu.
Het onderzoek werd uitgevoerd door een technische onderzoeksgroep van Politenico di Torino in Italië, in samenwerking met het Italiaanse nationale instituut voor meteorologisch onderzoek (INRiM). De resultaten zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances..
Onderzoeker Matteo Alberghini legde aan Innovation Origins uit dat aan het onderzoek één simpele gedachte ten grondslag lag: ‘Hoe kunnen we de energiebehoefte voor koelsystemen in gebouwen verminderen?’
Zout en water in plaats van chemicaliën en koelmiddelen
Airconditioners over de hele wereld maken gebruik van koelmiddelen die het milieu ernstig kunnen belasten. De apparaten verbruiken ook veel elektriciteit. In Europa zijn airconditioners verantwoordelijk voor ongeveer 15 procent van het totale energieverbruik in een huishouden. Het idee van de Italiaanse wetenschappers is om een zoutwateroplossing te gebruiken in plaats van chemicaliën en koelmiddelen als werkvloeistof. Dat is veel milieuvriendelijker.
“Koeling door middel van waterverdamping is een bekend fenomeen in de wetenschap. De natuur gebruikt bijvoorbeeld zweet dat uit je huid verdampt om je lichaam af te koelen. Toch is deze strategie alleen effectief zolang de lucht om je heen niet verzadigd is met waterdamp. Ons idee was om een goedkope technologie te ontwikkelen die in staat is om het verkoelende effect te maximaliseren, ongeacht de externe waterdampcondities”.
Ze wisten dat te bereiken door zuiver water op een ondoordringbaar membraan te plaatsen. Dit houdt het gescheiden van de sterk geconcentreerde zoutwateroplossing. De zoutwateroplossing gaat niet door het membraan heen. Alleen damp kan dat doen. Het zuivere water en het zoute water mengen zich niet, terwijl er een constante waterdampstroom ontstaat van het ene uiteinde van het membraan naar het andere. Het zuivere water wordt hierdoor gekoeld. “Het spreekt voor zich dat de zoutwaterconcentratie verder afneemt en dat het koeleffect in de loop van de tijd afneemt. Het verschil in zoutgehalte tussen de twee oplossingen kan echter voortdurend en duurzaam worden hersteld met behulp van onze waterdestilleerder op zonnekracht”
Onafhankelijk van elektriciteit of brandstof
Bovendien is het door hen voorgestelde groene concept ook onafhankelijk van elektriciteit of brandstof. Dat is nog eens een extra milieuvoordeel. “Ons systeem is volledig passief. Dat wil zeggen dat er voor een goede werking geen andere externe componenten nodig zijn, zoals compressoren. Het verdampingsproces wordt op natuurlijke wijze in stand gehouden door de verschillen in zoutgehalte. De vloeistoffen worden in en uit het apparaat bewogen door drukverschillen en capillariteitseigenschappen in een poreus medium”.
Capillaire eigenschappen zijn de eigenschappen die een papieren handdoek gebruikt om gemorste vloeistoffen in de keuken te absorberen. Eigenschappen van dit soort materiaal maken het mogelijk om water te absorberen en te transporteren, zelfs tegen de zwaartekracht in.
De technologie is een voorbeeld van de mogelijkheid om het elektriciteitsverbruik te verminderen en de energiekosten van conventionele koelsystemen te verlagen. En met het oog op de toekomst zou een systeem dat uitsluitend door deze technologie wordt aangedreven “het gebruik en het lekken van conventionele koelmiddelen, die meestal een enorme ecologische voetafdruk achterlaten, vermijden”.
Hoe warmer het wordt, hoe beter het werkt
Het energieverbruik van conventionele koelsystemen neemt meestal toe naarmate de omgevingstemperatuur warmer wordt. Een warmere omgeving is echter een voordeel voor dit systeem.
“De prestaties van ons systeem zijn sterk afhankelijk van de omgevingsomstandigheden. Bij een systeem voorzien van deze twee vloeistoffen (zuiver water en zoutwateroplossing), leiden hogere omgevingstemperaturen tot betere prestaties. Dit is te danken aan de fysische eigenschappen van water. De dampdruk, die bepalend is voor het vermogen om te verdampen, neemt exponentieel toe bij hogere temperaturen”.
“Dus, warmere klimaten profiteren van deze hogere verdampingssnelheden. Omgekeerd worden de prestaties van het systeem niet gehinderd door de vochtigheid van het omringende klimaat. Aangezien de interne componenten van het systeem afgesloten zijn van de omringende lucht, wordt de verdampingssnelheid niet beïnvloed.
Potentieel milieurisico
De Italiaanse onderzoeker verklaarde dat de technologie die zijn team voorstelt een volledig groene oplossing biedt voor koelsystemen. Hij noemde slechts één kwestie die mogelijk een milieurisico met zich meebrengt. “Het enige milieuprobleem zou kunnen voortkomen uit de onjuiste verwijdering van de zoutwateroplossing. Die kan, als ze in hoge concentraties vrijkomt, schadelijk zijn voor meerdere ecosystemen. Hoewel het wel weer onschadelijk wordt als het op de juiste manier met water wordt verdund.”
De weg die voor ons ligt
Alberghini legde uit dat de technologie zich momenteel nog in het laboratoriumstadium bevindt. Het zal nog enkele jaren duren voordat het systeem op de markt verkrijgbaar is. De belangrijkste reden voor dit onderzoek “is dat het prototype is ontwikkeld zonder de technische en financiële steun van enige industriële partner. Het was alleen bedoeld om het potentieel van ons idee aan te tonen”.
De toekomst van deze technologie zal in de eerste plaats afhangen van de reactie van de wetenschappelijke gemeenschap en geïnteresseerde partijen. Op dit moment is de volgende stap het evalueren van mogelijke partnerschappen voor de productie van een prototype op industriële schaal, aldus de onderzoeker.
“Het doel is om een proeffabriek te creëren die onze technologie koppelt aan een conventioneel HVAC-systeem, zodat we genoeg gegevens kunnen verzamelen om investeerders aan te trekken. Daarom is het op dit moment moeilijk om een precieze timing voor een definitieve, verkoopbare versie van ons systeem voor te stellen. Maar het tijdsbestek mag niet langer zijn dan een paar jaar.” Het is zeer waarschijnlijk dat de meest veelbelovende optie om de technologie binnen een redelijke termijn operationeel te krijgen, is door deze te koppelen aan conventionele koelsystemen.
