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鉄よりも強い、最新のハイテク木材で建物内でも快適に!

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本記事は、Stronger Than Steel, The Latest High-Tech Wood Could Cool Buildings
翻訳・再構成したものです。
配信元または著者の許可を得て配信しています。

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読了時間 : 約1分44秒

・新しいタイプの木材が太陽光を反射し、余分な熱を放射します。

・この新しい木材の重量あたりの機械的強度は、スチールの 3 倍です。

・建物の温度を最大 10°C 下げることができ、冷却コストを 60% 削減できます。

 

米国では、ビルが電力使用量の 70% 近くを占め、年間の国内エネルギー金額は 4,300 億ドルを超えています。冷房と暖房だけで、このエネルギー使用量の 48% を占めています。熱力学の第二法則によれば、冷却は加熱よりも難しいものです。これまでのところ、科学者たちは、コンクリートや鉄鋼の製造技術と、冷却コストを削減するためのさまざまな受動冷却スキームを考案してきました。

 

現在、メリーランド大学とコロラド大学の研究者は、太陽光を反射して余分な熱を放散する木材を使用して一元管理できるソリューションを発見しました。

 

新しい木を作る

ほとんどの物質は熱を吸収し、近赤外線光子として放出します。この光子は周囲の空気分子に吸収され、その領域が熱くなります。

 

ここ数年、科学者は熱を捕まえ、より長い中赤外波長で放出する塗料とプラスチックフィルムを開発しました。この場合、光子はその熱を深宇宙に放出しますが、空気はこれらの波長を吸収しないため、周囲の領域は冷たいままです。

 

研究チームは、ペンキやプラスチック シートを使用する代わりに、木材でそのような仕組みを作ろうとしました。木材は、 2 つの要素で構成されています。

1,  長いストロー状構造を形成するセルロース

2,  藁の束をくっつける接着剤のようなリグニン

 

リグニンは赤外線光子を強く放出するため、研究者は木材からこの元素を除去しました。これを行うため、木材を過酸化水素の溶液に浸しました。次に、化学的に処理された木材を圧縮し、高密度の水素結合メッシュを作りました。

 

これにより、天然木の8倍の強度を持つ素材が生まれました。実際、この新素材の重量あたりの機械的強度は、スチールの 3 倍以上です。スクラッチテストでは、その木材が簡単に損傷しないことが証明され、圧縮テストでは、天然木よりもより重量に耐えられることが示されました。

 

コスト面の問題も

リグニンを除去すると、木材は白くなり、入ってくる光線をほとんどすべて反射します。プラスチックシートほど効率的に熱を発散させることはできませんが、大きな違いを生むことでしょう。

 

新しい木材のサンプル | 写真 新しい木材のサンプルクレジット: UMD

 

建物の外部に固定すると、木材は温度を最大10℃下げることができ、冷却コストを 60% 削減できます。印象的なのは、ナノテクノロジーが木材だけで生み出されることで、他のコンポーネント (ポリマーなど) は含まれていないところです。

 

ただし、この新木材は可燃性であり、アスファルトシングルなどの標準的な屋根材よりも耐久性がはるかに劣ってしまいます。さらに、費用がかさみ、潜在的なエネルギー節約はその費用を相殺できないということです。

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