Une équipe dirigée par KAUST a développé un film de polyacrylate superabsorbant qui pourrait offrir une solution de refroidissement économique et respectueuse de l’environnement, réduisant ainsi le stress thermique, les émissions de carbone et la consommation d’électricité.
Les techniques de refroidissement basées sur les compresseurs, comme les systèmes de climatisation, sont la réponse habituelle au stress thermique.
Avec l’intensification des vagues de chaleur dues au réchauffement climatique, la demande d’énergie de ces systèmes de refroidissement traditionnels augmente, ce qui entraîne des coupures de courant et met à rude épreuve les réseaux énergétiques.
Le refroidissement passif, qui repose sur peu ou pas d’énergie pour dissiper la chaleur, offre une alternative écologique à la climatisation. Le refroidissement par évaporation abaisse la température en utilisant la chaleur de la vaporisation de l’eau. Le refroidissement radiatif utilise des matériaux à haute émissivité thermique pour libérer l’énergie thermique dans l’espace à travers la soi-disant fenêtre atmosphérique dans la gamme infrarouge. Il utilise également des matériaux hautement réfléchissants pour dévier la lumière du soleil.
Une solution innovante pour le refroidissement passif
Le réchauffement climatique augmente l’humidité atmosphérique, ce qui amplifie l’effet de serre et réduit la transparence de la fenêtre atmosphérique. Ensemble, ces phénomènes rendent plus difficile pour la surface de la Terre de rayonner l’excès de chaleur dans l’espace.
« Si nous trouvons un moyen d’absorber ou de condenser l’humidité la nuit et de l’évaporer pendant la journée pour le refroidissement par évaporation, cela sera une amélioration hybride pour la technique de refroidissement passif », indique Yanpei Tian, postdoctorant dans le groupe de Qiaoqiang Gan.
Gan, Tian et leurs collègues ont développé une solution combinant le refroidissement radiatif et évaporatif sans avoir besoin de produits chimiques supplémentaires ou d’énergie. L’approche implique le polymère superabsorbant sodium polyacrylate, qui est généralement trouvé dans des produits tels que les couches.
Le rôle du polyacrylate superabsorbant
La poudre de polymère peut absorber l’humidité ambiante, gonflant pour former un film blanc continu et poreux qui réfléchit la lumière du soleil et empêche le chauffage solaire. Les chaînes de polymères fournissent l’émissivité thermique qui favorise le refroidissement radiatif.
Le film peut également absorber l’humidité la nuit et la libérer pendant la journée, permettant un refroidissement par évaporation supplémentaire.
Les chercheurs ont montré que le film a abaissé les températures de cinq degrés Celsius sans aucune alimentation électrique sous un ciel partiellement nuageux. Les simulations énergétiques ont démontré que les économies annuelles d’énergie de refroidissement correspondaient à 3,3% de la consommation d’énergie totale. « Les économies d’énergie sont équivalentes à la réduction des émissions de carbone », ajoute Qiaoqiang Tian.
Vers une fabrication à l’échelle industrielle
Pour accélérer la fabrication sans dépendre de l’humidité extérieure, les chercheurs ont conçu une méthode de laboratoire à rouleaux à l’aide d’un générateur de vapeur, explique Tian. Ils conçoivent maintenant une machine simplifiée pour atteindre une fabrication à l’échelle industrielle.
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« Notre principal intérêt est d’identifier des applications utilisant l’humidité atmosphérique, en particulier le refroidissement par évaporation pour les panneaux solaires, les diodes électroluminescentes et les batteries », précise Qiaoqiang Gan.
Pour valider la polyvalence de la fabrication activée par l’humidité atmosphérique, les chercheurs tentent d’introduire différents pigments dans le film sans sacrifier sa capacité de refroidissement.
En synthèse
Le film de polyacrylate superabsorbant développé par l’équipe de KAUST offre une solution de refroidissement économique et respectueuse de l’environnement. En combinant le refroidissement radiatif et évaporatif, cette technologie pourrait réduire le stress thermique, les émissions de carbone et la consommation d’électricité, tout en offrant une alternative viable aux systèmes de refroidissement traditionnels.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que le refroidissement passif ?
Le refroidissement passif est une méthode qui utilise peu ou pas d’énergie pour dissiper la chaleur. Il offre une alternative écologique aux systèmes de refroidissement traditionnels.
Qu’est-ce que le polyacrylate superabsorbant ?
Le polyacrylate superabsorbant est un polymère qui peut absorber l’humidité ambiante. Il est généralement utilisé dans des produits tels que les couches.
Comment fonctionne le film de polyacrylate superabsorbant ?
Le film de polyacrylate superabsorbant peut absorber l’humidité la nuit et la libérer pendant la journée, permettant un refroidissement par évaporation supplémentaire. Il réfléchit également la lumière du soleil et empêche le chauffage solaire.
Quels sont les avantages de cette technologie ?
Cette technologie pourrait réduire le stress thermique, les émissions de carbone et la consommation d’électricité, tout en offrant une alternative viable aux systèmes de refroidissement traditionnels.
Quelles sont les applications potentielles de cette technologie ?
Les applications potentielles de cette technologie incluent le refroidissement par évaporation pour les panneaux solaires, les diodes électroluminescentes et les batteries.
Références
Légende illustration principale : Les chercheurs proposent une solution hybride utilisant un polymère superabsorbant qui combine le refroidissement par rayonnement et par évaporation sans produits chimiques ni énergie supplémentaires. 2024 KAUST ; Eliza Mkhitaryan.
Galib, R.H., Tian, Y., Lei, Y., Dang, S., Li, X., Yudhanto, A., Lubineau, G. & Gan, Q. Atmospheric-moisture-induced polyacrylate hydrogels for hybrid passive cooling. Nature Communications 14, 6707 (2023).| article
