Kemisk och fysikalisk integrering av biomolekyler i kapillär-porösa biomaterial för energibesparing

Senast ändrad: 03 november 2020

Fas-förändringsmaterial (PCM på engelska) är organiska eller oorganiska substanser som genomgår smältning/stelning vid vissa temperaturer och åtföljs av lagring och frigöring av värme. PCM har varit kända i mer än tusen år och används i olika tillämpningar för kylning, ansamling av värme, huvudsakligen i solenergianläggningar. PCM fungerar bäst i små volymer och sålunda är de vanligtvis inkapslade i celler av 1-1000 µm diameter. Mikroinkapsling av PCM har gjort dem mer tillgängliga för byggindustrin, t.ex. mikroinkapsling av PCM i betong som ett enkelt och ekonomiskt sätt. Några viktiga krav på cellens egenskaper är värmeledningsförmåga och mekanisk hållfasthet för att motstå frekvent volymförändringar av PCM. Cellen bör även vara vattentät för att eliminera avfuktning, torkning och urlakning av PCM. Detta förklarar förmodligen varför träceller inte har använts tidigare för inkapsling av PCM.Samhällets efterfrågan för miljövänliga material från förnybara källor har ökat tillämpningen av trä i flervåningsbostäder under de senaste 5 åren genom utformningen av nya byggsystem, t.ex. korslimmat trä (KL-trä) och fanérlaminatträ (LVL). Eftersom energibesparingar har blivit en oundviklig del av moderna byggnader, har synergi mellan PCM och trä satts i forskningsfokus nyligen. Trä och träfiber måste fortfarande klara av de nedärvda nackdelarna, nämligen låg värmeledningsförmåga och biologisk nedbrytbarhet. Hittills har inga omfattande studier på kombinationer av olika träformer och PCM påträffats. Således är forskningsområdet knappt studerat jämfört med andra forskningsfrågor inom trävetenskap och teknik.Det viktigaste projektet målet är att utnyttja trä mikro/makro struktur (dvs. träcellväggen och tomrummet av fibrer, träkol, fanér och massivt trä) som lagringscell av låg kostnad för inkapsling av förnybar PCM av biologiskt ursprung för energibesparing. Fettsyror och oljor av vegetabiliskt ursprung, dvs. förnybara och miljövänliga produkter, väljs som PCM. Exempel på sådana syror är palmitoleic syra (-0.1ºC smälttemperatur; st); linoleic syra (-5ºC st); epoxiderad soja- och linolja (-2.2ºC st), oleic syra (+16ºC st).Ovannämnda syrorna spelar en trippelroll i projektet. Deras ursprungliga användning är att avvisa fukt och vatten från trä genom kovalent bindning till träets hydroxylgrupper. På detta sätt kommer PCM att skyddas från avfuktning, torkning och urlakning vid förvaring i cellerna. Det andra teknologiska steget involverar impregnering av icke-manipulerade fettsyror eller deras blandningar (dvs. PCM) in i cellens tomrum och lagring för att vinna värme under fasövergången. Den tredje roll av fettsyrorna är att vara involverade i syntesen av en sammansatt ledande polymer som är avsedd att förbättra den termiska ledningsförmågan av ett nytt kompositmaterial. Epoxiderade vegetabiliska oljor och lignin läggs också i kompositmaterialet. Kompositmaterialet bör ha vissa fysikaliska-mekaniska egenskaper som gör den användbar.

Den globala tanken är att den sammansatta kompositen bör reagera på ett "smart" sätt vid temperaturförändringar i omgivningen.Variabler som skall studeras är tekniska processparametrar, tjocklek och sammansättning av kompositen. En annan viktig del av projektet syftar till kemisk, ultrastrukturell, mekanisk karakterisering och beständigheten hos de nya materialen samt en omfattande studie på materialets termiska egenskaper. De samhälleliga effekterna av det föreslagna projektet är att bidra till bättre utnyttjande av biomaterial från förnybara källor och energibesparande genom att införa nya biobaserade material för byggnadsändamål.

Producenter av mekanisk massa, t.ex. Stora Enso, SCA, Holmen, Billerudkorsnäs, Södra, Metsä och byggnadsisoleringsföretag som Termoträ, Thermo, Ekofiber, Warmcell, Gutex, Hunton, iCell kan dra nytta av projektresultaten

Sidansvarig: malin.sandberg@slu.se