Încălzirea și răcirea clădirilor sunt o sursă masivă de emisii de carbon. Pot aceste ferestre modeste să devină următoarea „mare invenție” în tehnologia verde?
Angajații companiei Ubiquitous Energy, o companie din Redwood City, California, s-au adunat la o conferință pe tema ferestrelor, pentru a privi spre viitor, la sfârșitul anului 2019.
Noile geamuri de sticlă vor oferi mai mult decât o priveliște copleșitoare a munților înalți și a cerului albastru din California nordică. Acestea vor avea și funcția de panouri solare, fiind capabile să alimenteze luminile, laptopurile și aparatele de aer condiționat ale companiei.
După mai mulți ani de muncă, sticla generatoare de energie a companiei Ubiquitous reprezintă o adevărată performanță tehnologică. Puterea ei constă în straturile de polimeri organici aflate între foile de sticlă. Unele dinte ele permit trecerea completă a luminii prin ele, în timp ce altele absorb fotonii luminii invizibile infraroșii și ultraviolete. Când lumina intră în fereastră, fluxul de electroni dintre straturile de polimer creează curent electric, care este colectat cu ajutorul unor fire microscopice.
Veeral Hardev, directorul dezvoltării afacerilor din cadrul companiei Ubiquitous Energy, spune: „Este precum un monitor care funcționează invers”. În loc să trimită energia în diferite puncte ale monitorului pentru a le aprinde, lumina generează electricitate care este trimisă în diferite puncte ale ferestrei.
Momentan, ferestrele produc electricitate din lumina soarelui, care este de trei ori mai puțină, comparativ cu cea produsă de celulele solare. Acestea sunt pe jumătate transparente, comparativ cu sticla obișnuită.
Hardev menționează că specificațiile sunt deja suficiente pentru a face fereastra un produs fiabil, iar compania va îmbunătăți transparența semnificativ. În ceea ce privește producția mai mică de energie electrică, el menționează că ferestrele pot acoperi o suprafață mult mai mare decât acoperișul, astfel numărul ferestrelor va îneca producția electrică a acoperișurilor pline de panouri solare cu eficiență ridicată. Hardev spune că: „Le poți folosi pe ambele, dar vei obține mai mult de la ferestre”.
Cea mai mare provocare, adaugă el, este creșterea suprafeței oglinzii de la 0,18 m² la 4,64 m².
MAI CLAR DECÂT STICLA
Odată cu reaprecierea metropolelor pentru zgârie-nori, turnurile strălucitoare sunt din ce în ce mai prezente în fiecare oraș, dar sticla care le acoperă rămânând aceeași.
Controlul temperaturii este o provocare mare. 18 % din banii cheltuiți în SUA pe energie se duc în încălzirea și răcirea clădirilor. Aproximativ 20 de milioane de dolari sunt aruncați pe fereastră, la propriu, în zilele reci și chiar mai mulți se duc vara, când aerul condiționat este suprasolicitat, potrivit Laboratorului Național Lawrence Berkeley. Pe scurt, mai mult de jumătate din banii cheltuiți pe încălzirea și răcirea clădirilor se pierd din cauza ferestrelor.
Pentru a îmbunătăți izolarea și reflexia căldurii, fără a compromite priveliștea clară, Tehnologia Mackinac, cu sediul în Michigan, dezvoltă o foaie subțire, formată din mai multe straturi, căptușită cu plastic, care este pusă peste sticla obișnuită. Straturile de plastic țin aerul între ele pentru a izola mai bine, în timp ce căptușeala reflectă razele infraroșii, fiind cele ce poartă cea mai mare cantitate de energie termică, care lasă lumina vizibilă să treacă.
CEO-ul John Slagter susține că fereastra Mackinac este mai clară decât sticla. Secretul constă în căptușeala invizibilă, care îi permite suprafeței de plastic să reflecte mai puțină lumină. Astfel, o cantitate mai mare de lumină trece prin fereastră, îmbunătățind Ținută într-o ramă, care se poate atașa unei ferestre existente, foaia poate mări de patru ori capacitatea de izolare a ferestrelor, cu un geam sau cu două geamuri, dar este și suficient de ușoară încât să nu adauge o greutate semnificativă asupra ferestrei.
Materialul a fost testat cu succes pe ferestrele din Universitatea Calvin, din Grand Rapids, Michigan, și va fi folosit în proiecte pilot mai mari, înainte să fie disponibil pe piață în 2022.
O PROBLEMĂ DE LUMINĂ ȘI ÎNTUNERIC
Sunt momente în care claritatea mare este o problemă din cauza luminii mult prea strălucitoare.
Michael McGehee, cercetător în știința materialelor, spune că: „Soarele poate ajuta la încălzirea unei camere, dar oamenilor nu le place să lucreze într-o cameră foarte luminoasă și s-ar putea să nu fie capabili să vadă ecranele monitoarelor. Aceștia trag jaluzelele și le lasă acolo, pierzând priveliștea și toate beneficiile luminii solare”.
Pentru a păstra lumina și pentru a îndepărta strălucirea, echipa lui McGehee a lucrat la îmbunătățirea ferestrelor electrocromatice. Scopul lor este realizarea unei ferestre, care se poate întuneca prin intermediul unui întrerupător, pentru a filtra lumina, lăsând cantitatea perfectă de lumină să treacă. Pentru a pune în practică această idee, fereastra lui McGehee conține un strat, care combină indiu oxid de staniu cu platină, dar și un al doilea strat de oxid de nichel, cu soluție de litiu între ele. Când un voltaj mic este aplicat de-a lungul celor două straturi, acestea se comportă ca electrozii, producând un câmp electric, care pune în mișcare ionii de litiu prin soluție, aceștia urcând până la stratul de oxid de nichel.
Deși litiul în soluție este transparent, atunci când acesta intră în contact cu oxidul de nichel, devine semi-opac. McGehee spune că: „Este nevoie de un strat de litiu de 10 nanometri pe electrod pentru a bloca mare parte din lumină”. Rezultatul este o fereastră care se comportă precum ochelarii de soare. De asemenea, capacitatea de a modifica voltajul permite aplicarea mai multor niveluri de întunecare.
Dacă proiectul va da semne că va avea un succes comercial, ferestrele vor fi o componentă importantă a orașelor inteligente. Acesta va fi un pas către reducerea amprentei de carbon a omenirii către zero.
