قدّم فيزيائيون من جامعة كولورادو في بولدر مادة شفافة جديدة لعزل النوافذ حرارياً، قادرة على تقليل فقدان الطاقة في المباني دون التأثير على الرؤية أو نفاذ الضوء.

وحسب نتائج دراسة نُشرت في مجلة Science، تحمل المادة اسم Mesoporous Optically Clear Heat Insulator (MOCHI)، وتمثل خطوة واعدة نحو تحسين كفاءة الطاقة في المباني السكنية والتجارية.

ما هي مادة MOCHI؟ 

MOCHI هي هلام سيليكوني شفاف يُنتج على شكل صفائح أو ألواح رقيقة يمكن تثبيتها على الجهة الداخلية للنوافذ. ويؤكد الباحثون أن المادة شبه غير مرئية للعين المجردة، ومصممة للاستخدام طويل الأمد.

ورغم ذلك، لا تزال المادة في مرحلة التصنيع المخبري، ولم تُطرح بعد في الأسواق التجارية.

النوافذ الحلقة الأضعف في عزل المباني

تُعد النوافذ أحد أكبر التحديات في مجال العزل الحراري. ووفقاً للباحثين، تستهلك المباني، من المنازل السكنية إلى الأبراج المكتبية، نحو 40% من إجمالي الطاقة المنتَجة عالمياً، ويضيع جزء كبير من هذه الطاقة عبر النوافذ.

ويوضح العلماء أن الجدران يمكن تعزيزها بمواد عزل سميكة، لكن النوافذ يجب أن تبقى شفافة، مما يجعل العثور على مواد تجمع بين العزل الحراري ونفاذ الضوء أمراً بالغ الصعوبة.

كيف تحقق MOCHI العزل الحراري؟

تعتمد فعالية MOCHI على بنيتها الداخلية الفريدة، إذ تحتوي على شبكة من المسام المجهرية الدقيقة المملوءة بالهواء، وهي مسام أصغر بكثير من سُمك شعرة الإنسان.

وتشكّل هذه المسام أكثر من 90% من حجم المادة، ما يؤدي إلى تقليل انتقال الحرارة بشكل كبير، نظراً لأن انتقال الحرارة عبر الغاز في هذه المساحات الصغيرة يكون ضعيفاً للغاية.

شفافية عالية مع كفاءة عزل ملحوظة

رغم بنيتها المسامية، تتميز MOCHI بدرجة شفافية عالية، إذ لا تعكس سوى نحو 0.2% من الإشعاع الضوئي.

وخلال التجارب، أظهر لوح من المادة بسماكة تقارب 5 مليمترات قدرة فعالة على الحد من انتقال الحرارة، دون التأثير الملحوظ على الإضاءة الطبيعية.

مقارنة مع الإيروجيل

يقارن الباحثون MOCHI بمواد الإيروجيل المستخدمة في العزل الحراري، والتي تشتهر بكفاءتها، لكنها غالباً ما تبدو معتمة أو ضبابية بسبب تشتت الضوء داخلها.

وعلى عكس ذلك، تحافظ MOCHI على شفافيتها بفضل البنية الأكثر انتظاماً للمسام، ما يجعلها مناسبة بشكل خاص للاستخدام في النوافذ.

آفاق الاستخدام والتحديات المستقبلية

يرى العلماء أن هذه المادة يمكن أن تلعب دوراً مهماً في النوافذ الموفرة للطاقة، وكذلك في الأنظمة التي تعتمد على الطاقة الشمسية الحرارية.

وأوضح البروفيسور إيفان سموليوخ من جامعة كولورادو أن حتى الأيام الغائمة نسبياً توفر طاقة شمسية كافية يمكن جمعها واستغلالها لتدفئة المياه والمساحات الداخلية للمباني.

وفي المقابل، أشار الباحثون إلى أن التقنية لا تزال في مراحلها الأولى، إذ يتطلب تصنيع المادة حالياً عمليات مخبرية معقدة، ومع ذلك فإن المواد المستخدمة منخفضة التكلفة نسبياً، ويعتقد الفريق أن عملية الإنتاج يمكن تبسيطها مستقبلاً.