Tänk om träet som ditt hus var gjort av kunde spara din elräkning? I kapplöpningen för att spara energi, Att använda en passiv kylningsmetod som inte kräver el och som är inbyggd direkt i ditt hus kan spara pengar till och med kyliga områden i USA. Nu, forskare vid University of Maryland och University of Colorado har utnyttjat naturens nanoteknik för att hjälpa till att lösa problemet med att hitta ett passivt sätt för byggnader att dumpa värme som är hållbar och stark.

Trä löser problemet – det används redan som byggmaterial, och är förnybar och hållbar. Genom att använda små strukturer som finns i trä - cellulosa nanofibrer och de naturliga kamrarna som växer för att passera vatten och näringsämnen upp och ner i ett levande träd - har det specialbearbetade träet optiska egenskaper som strålar bort värme. Resultaten av denna studie publicerades den 9 maj i tidskriften Vetenskap .

"Detta arbete har avsevärt utökat användningen av trä till högpresterande energieffektiva tillämpningar och tillhandahållit en hållbar väg för att bekämpa energikrisen, " sa Northeast Forestry University Professor Jian Li, medlem av Chinese Academy of Engineering, som inte är knuten till forskningen.

Vid University of Maryland, Liangbing Hu, medförfattarna Tian Li och Shuaiming Han och andra på institutionen för materialvetenskap har arbetat med trä i många år. Hus team har uppfunnit en rad nya tränanoteknologier, inklusive ett genomskinligt trä, billiga träbatterier, superstarkt trä, supervärmeisolerande trä, och en träbaserad vattenrenare.

"Detta är ytterligare ett stort framsteg inom tränanoteknik som Hu-gruppen vid University of Maryland uppnådde:kylande trä som är tillverkat enbart av trä - det vill säga, ingen annan komponent som polymerer – kan kyla ditt hus som ett grönt byggmaterial, " sa Dr Hu.

Teamet på Boulder, ledd av professor Xiaobo Yin och inklusive medförfattaren Yao Zhai, både av avdelningen för maskinteknik och programmet för materialvetenskap vid University of Colorado i Boulder, har arbetat med material för radiativ kylning, inklusive tunna filmer och färger.

"När den tillämpas på byggnad, detta spelförändrande strukturella material kyler utan tillförsel av elektricitet eller vatten, " sa Dr Zhai.

Genom att ta bort ligninet, den del av träet som gör det brunt och starkt, UMD-forskarna skapade ett mycket blekt trä av cellulosa nanofibrer. De tryckte sedan ihop träet för att återställa dess styrka. För att göra det vattenavvisande, de tillsatte en superhydrofob förening som hjälper till att skydda träet. Resultatet:ett ljust vitt byggmaterial som kunde användas för tak för att trycka bort värme från insidan av byggnaden.

De tog ut det kylande veden till det perfekta testläget på en gård i Arizona där vädret alltid är varmt och soligt, med låga vindar. Där, de testade det kylande träet och fann att det stannade, i genomsnitt, fem eller sex grader F svalare än den omgivande lufttemperaturen – även under den varmaste delen av dagen, det kylande träet var kyligare än luft. Det förblev i genomsnitt 12 grader svalare än naturligt trä, som värms upp mer i närvaro av solljus.

"Det bearbetade träet använder det kalla universum som kylfläns och släpper ut termisk energi i det via atmosfäriskt transparensfönster. Det är ett hållbart material för hållbar energi för att bekämpa den globala uppvärmningen", säger Dr Li.

Den mekaniska hållfastheten per vikt av detta trä är också starkare än stål, vilket gör det till ett utmärkt val för byggmaterial. Det är tio gånger starkare än naturligt trä och slår stålets styrka, nå 334 MPa·cm3/g (jämfört med 110 MPa·cm3/g för stål). Det skadar också mindre lätt (skraptest) och kan bära mer vikt (kompressionstest) än naturligt trä.

Andra samarbetspartners inkluderar Jelena Srebrics team vid University of Maryland, College Park; Ronggui Yangs team vid University of Colorado, Flyttblock; och Ashlie Martinis team vid University of California Merced.

För att se hur mycket energi träet sparar, de beräknade hur mycket värme som används av typiska hyreshus i städer över hela USA i alla klimatzoner. Heta städer som Phoenix och Honolulu skulle spara mest energi, särskilt om äldre byggnader fick sina sidospår och tak ersatta med kylande trä. Byggnader över hela USA som byggdes efter 2004, eller nu, skulle spara i genomsnitt 20 % av kylkostnaderna.

"Prof. Hu och medarbetare visar ännu en användning av trä som inte bara är strukturellt stark utan användbar som aktiv komponent för energihushållning. Det är intressant att samma material som avger värme vid förbränning kan användas för kylning, erbjuda nya möjligheter i gröna byggnader, sa Orlando Rojas, professor vid avdelningen för bioprodukter och biosystem vid Aalto-universitetet, Finland.