Новости

Apr 28, 2023

Экологичная и доступная изоляция зданий с помощью аэрогелей.

© Фраунгофер / Петр Банчеровский Нам необходимо снизить выбросы CO2

© Фраунгофер / Петр Банчеровский

Нам необходимо систематически снижать выбросы CO2, если мы хотим достичь наших климатических целей. Изоляция зданий является ключевой частью этого. Исследователи из Института экологических, безопасных и энергетических технологий Фраунгофера UMSICHT в Оберхаузене работают в сотрудничестве с PROCERAM GmbH & Co. KG над разработкой экологически чистого и доступного изоляционного материала на минеральной основе, который гораздо более эффективен, чем такие варианты, как полистирол. Этот материал может обеспечить тот же уровень изоляции, что и полистирол, только при вдвое меньшей толщине слоя. За это достижение три члена команды разработчиков удостоены Премии Йозефа фон Фраунгофера 2023 года.

Аэрогели, состоящие на 99,8 процентов из воздуха, являются самыми легкими и эффективными изоляционными материалами в мире. А поскольку они изготовлены из неопасного сырья, диоксида кремния, они также экологически безопасны и могут производиться без использования нефтехимии. Однако до сих пор существовал камень преткновения: использование аэрогелей в качестве изоляции было слишком дорогим, поскольку традиционное производство аэрогелей является дорогостоящим и трудоемким. Это означает, что до сих пор они в основном использовались для нишевых применений, таких как скафандры.

Компания PROCERAM GmbH & Co. KG увидела в этом вызове возможность и поставила перед собой цель наладить массовое производство доступных аэрогелей. Если бы они смогли создать доступный негорючий минеральный изоляционный материал, который был бы более эффективным изолятором, чем альтернативные материалы на основе ископаемого топлива, это произвело бы революцию в изоляционном секторе. Для этого предприниматели обратились к специалистам Fraunhofer UMSICHT — и вместе они за шесть лет создали новый производственный процесс по производству аэрогелей. Их систему можно полностью масштабировать от лабораторного уровня до уровня предкоммерческого производства без каких-либо экологически опасных химикатов. Новый процесс также снизил затраты на производство ранее дорогих аэрогелей на 70 процентов и сократил время производства с более чем 10 часов до всего лишь 2,5.

Нильс Мёльдерс и Андреас Зенгешпейк из Fraunhofer UMSICHT, а также Кристоф Дворацик из PROCERAM GmbH & Co. KG получат Премию Йозефа фон Фраунгофера 2023 года за свои достижения.

Чтобы снизить затраты и время производства аэрогелей в таком масштабе, исследовательская группа сосредоточилась на производственном процессе. Обычно аэрогели производят с использованием золя — среды, содержащей мелкодисперсные твердые частицы, к которым добавляется кислота для образования геля. Для производства 1 килограмма аэрогеля требуется около 6 килограммов кислоты. Эти коррозионные вещества могут нанести вред окружающей среде. Затем гель выдерживается, подвергается замене растворителя и окончательно высушивается. «Мы последовательно бросали вызов существующему технологическому уровню», — объясняет г-н Мёльдерс. «В то время как сверхкритический диоксид углерода, который по своим свойствам находится между газом и жидкостью, раньше использовался только для сушки, мы используем его на каждом этапе процесса. Это означает, что мы можем полностью отказаться от использования кислот». Даже сырье отвечает требованиям экологичности: исследователи протестировали более 20 различных типов кремнезолей, которые были легкодоступны, недороги и нетоксичны — в отличие от традиционных вариантов, которые дороги и вредны для здоровья.

На заключительном этапе процесса создания изоляционного материала для зданий аэрогель дробится на зерна размером от 2 до 4 миллиметров и смешивается с чистой минеральной штукатуркой. Эта смесь обладает превосходными изоляционными и физическими свойствами, а это означает, что она превосходит традиционные изоляционные материалы, такие как полистирол или минеральная вата. «При добавлении в штукатурку аэрогели могут снизить теплопроводность в два раза по сравнению с полистиролом; это действительно огромная цифра. Итак, мы имеем высокоэффективный изоляционный материал, изготовленный исключительно из минералов», - рассказывает г-н Дворачик. Это означает, что лист аэрогелевого материала толщиной в половину толщины листа полистирола может обеспечить тот же уровень изоляции. И есть еще одно преимущество: «Мы используем здесь только такие материалы, как песок и известь, которые можно снова использовать в экономике замкнутого цикла, то есть можно переработать», - объясняет г-н Сенгеспейк. Таким образом, новый производственный процесс имеет большой потенциал как для сектора строительных технологий, так и для защиты климата.