Elurra eta izotza eguzkitan urtzea modu iraunkorrean saihestea giza bizitzako hainbat arlotan gai garrantzitsua da, hotz-katearen eguneroko elikagaietatik hasi eta izotz-kiroletaraino, altitude/latitude handietako icebergak urtzen. Estatistiken arabera, munduan kontserbatutako elikagaien %40 (400 milioi tona inguru) hotz-katearen bidez kontserbatzen da, munduko elektrizitatearen %11 kontsumitzen baitu eta berotegi-efektuko gasen isurien %2.5 inguru eragiten baitu.

Eguzkian izotza urtzea izotz-sistemako energia-fluxuaren aldaketekin lotuta dago. 1. irudiak latitude ezberdinetako izotzaren bero-fluxu tipikoa laburbiltzen du. Irudian ikusten denez, eguzki-erradiazioa (0.3~2.5μm-ko uhin-luzera) da bero-karga nagusia, izotzaren tenperaturaren igoera eta ondorioz urtzea eragiten duena. Bien bitartean, erdiko erradiazio infragorria (uhin-luzera 2.5 ~ 18μm) joera horri aurre egiteko energia-fluxu nagusia da. Horregatik, garrantzi praktiko handia du energia-fluxu hori orekatzeko modu jasangarri bat aztertzea, eguzki-argiaren azpian izotz-sistema ezberdinen babes pasiboa lortzeko.

1. Irudia. Izotzaren bero-fluxu adierazgarria latitude ezberdinetan

Eguneko erradiazio-hoztearen azken gorakadak energia-fluxua orekatzeko estrategia eskaintzen du. Ikertzaileek hainbat material eta egitura berezi garatu dituzte, hala nola, geruza anitzeko/ereduzko egitura fotonikoak, nanopartikula/polimero porotsuak oinarritutako filmak, hoztutako egurra eta estaldura ultra-zuriak (0.95 baino handiagoa den eguzki-erreflektibitatea). Goiko metodoaren hozte-potentzia esperimentala 40 ~ 100 W·m-2 izatera irits daiteke egun argian, eta giro azpiko hozte-tenperatura 3 ~ 13 °C da. Hala ere, izotza eguzkitan gordetzeko, ohiko kontuez gain, hainbat baldintza zorrotz daude. Lehenik eta behin, aplikazio praktikoetan izotzak tenperatura baxuagoan egon behar du, beraz, hozte erradiazio-errendimendu oso altua behar du. Esaterako, kalkulatu da irradiatutako potentzia garbia 70 W·m-2-tik 110 W·m-2-ra igotzeak izotza/izoztutako elikagaiak urtzea ekidin dezakeela hozte-unitate gehigarrien beharrik gabe. Horrez gain, kriokontserbazioaren eskakizun berezietarako, hozte erradiatiboko materialak ugariak, masiboki ekoiztuak eta ingurumenean eragin txikia izan behar dute.

Hori dela eta, Nanjing Unibertsitateko Jia Zhu eta Minghuai Wang-ek zelulosa-acetato (CA) oinarritutako erradiazio-hoztutako film mehe geruzatua garatu dute, masiboki ekoiztu daitekeena, ekologikoa errespetatzen duena eta izotz forma/tamaina ezberdinetarako babes pasibo eraginkorra eskaintzen duena. eguzkitan. Lan honek elurra eta izotzaren kontserbazio eraginkorra, masiboa eta iraunkorra garatzeko modu garrantzitsua eskaintzen du, eta ekosistemako beste elementu gako batzuk kontserbatzeko planteamenduetarako inspirazioa ematen du. Ikerketa Science Advances aldizkarian argitaratu da "Protecting Ice from Melting Under Sunlight by Radiative Cooling via" izeneko dokumentu batean.

Hozte erradiatiboaren film meheen diseinua eta karakterizazioa

Molekulen berezko bibrazioari esker, CA filmek banda zabala eta infragorri igorpen handia izan dezakete, eta horrek errendimendu handiko eskala handiko hozteari laguntzen dio. Pertsonalizatutako poroek sakabanaketa zentro eraginkor gisa jokatzen dute sarrerako eguzki-erradiaziorako, eta CA filmari eguzki-erreflektibitate handia ematen diote. Hori dela eta, pelikularen diseinu geruzak eguzki-argian izotzaren karga termikoa minimizatzen du eta izotz-sistemaren babes pasibo eraginkorra lortzen du latitude desberdinetan. Bizi-zikloaren amaieran, geruzadun CA filmak naturan dauden mikroorganismoek digeritu eta CAtan deskonposatu ditzakete. Geruzadun CA filmak zelulosa naturalez eginak dira, landare-zelulen mintzetan oso zabalduta dagoena eta landare naturalen zelulen enbrioietatik lor daitekeena.

IRUDIA. 2 CA mintz porotsuaren diseinu geruzatua eta bizi-zikloa

Ikertzaileek CA filmaren nahi zituzten propietate optikoak lortu zituzten geruzadun diseinu baten bidez, eta CA filmaren hozte-tenperatura eta hozte-potentzia neurtu zituzten. Hozte-tenperatura filmak giro-tenperaturatik duen tenperatura murriztea bezala definitzen da. Eguzki-argi zuzenaren azpian, geruzatutako CA filmak 110 W·m-2-ko hozte-potentzia lortzen du eta 12 ℃ inguruko hozte-tenperatura lortzen du, eta horrek baieztatzen du geruzetako CA filmaren hozte erradiazio-gaitasun ona dela.

3. Irudia Kanpoko izotza/hoztutako elikagaien kontserbazioa latitude baxuko/erdiko eremuetan

Erradiazioz hoztutako filma izotza eta elurra babesteko

Izotz eta elur gainazalak (izotz kristal txikiak) bi lur-forma tipikoak dira. Eguzki-erreflektantzia desberdina dute, baina infragorri erdiko emisibitate antzekoa. Ikertzaileek CA mintzek izotz eta elur gainazaletan duten hozte pasiboaren efektua frogatu zuten. Beheko irudian ikusten den moduan, izotza latitude altuetan urtzen den energia erradiazio-transferentzia-prozesuak dira nagusi, sarrerako eguzki-erradiazioaren eta erdi-infragorrien erradiazioen irteeraren ondorioz. Eguzki-erradiazio intzidentea eta erradiazio-erdiko erradiazio-irteera gainazalaren tamainatik independenteak direnez, ikertzaileek eskala txikiko esperimentuak erabili zituzten latitude altuko izotzean geruzetako CA filmek hozte-efektua ebaluatzeko. Emaitzek erakusten dute geruzadun diseinua duten eta diseinurik gabeko CA filmen arteko tenperatura aldea 6.3 ℃ bezain altua dela. Beheko C irudian ikusten den bezala, 700 W·m-2 inguruko batez besteko eguzki-erradiazioan ere, geruzadun diseinuko CA filmak dituzten izotzaren gainazaleko tenperatura giro-tenperatura baino 7 ℃ inguru freskoagoa da. Izotzaz gain, geruzadun CA filma. elur gainazaleko babes ona eskaintzen du. Ikertzaileek landa-probak egin zituzten CA mintz geruzadun eta gabe elur gainazaletan. Emaitzek erakutsi zuten CA material geruzadun elurrak ehuneko 50 hondakin gehiago zuela elur hutsak baino. Emaitz gehiagok zuzenean baieztatzen dute hozte-film erradiatiboak tokiko glaziarren urtzea modu eraginkorrean motel dezakeela.

IRUDIA. 4. Elurra eta izotza babestea CA filmaren diseinu geruzaren bidez

Latitude handiko eremuan izotzak duen hozte-efektua modelatu eta aztertzen da

Ikertzaileek eredu bat erabili zuten pelikularen hozte-efektua eskalan eskalan ebaluatzeko. Ikertzaileek eredu termodinamikoak erabili zituzten dozenaka kilometro koadro neurtzen dituen (eski estazio handi baten tamaina) iceberg baten (bere guraso glaziarretik apurtzen den izotz zati bat) urtzea aztertzeko. Izotz-mendiak bere lodiera 1 metro galdu zuela ikusi zen udan urtzean. Aitzitik, geruzadun CA mintzek 1 m gehitzen diote icebergaren lodierari. Gainera, ikertzaileek klima-ereduen esperimentuak erabili zituzten geruzetako CA filmak itsas izotzera hedatzeko Beaufort Current eskualdean. Eremu zehatz horietan, CA filmak babestutako itsas izotzaren kontzentrazioa % 5etik % 40ra handitu zen eta lodiera 0.5 eta 2.5 m artean, metodoak izotz sistema eraginkortasunez babestu dezakeela adierazten du latitude handiko eremuan/helburuan.

Azkenik, guztiz kontuan hartu da geruzetako CA mintzaren biodegradagarritasuna bere bizitzaren amaieran. Lurzoruaren esposizio-probak (31 ° N Nanjing-en) erakutsi dute geruzetako CA mintzek biodegradagarritasun onena erakusten dutela hainbat polimerotan hozte erradiatiboko materialak garatzeko. Hori dela eta, latitude ezberdinetan elurrari eta izotzari ingurumena errespetatzen duen babesa ematea da.

5. Irudia. Latitude handiko izotz-eremuen babesa