昼は涼しく夜は温かい家――環境に優しい建築用蓄熱材料を開発

Foto: Uni Halle / Marian Sorge

マルティンルター大学ハレヴィッテンベルク（MLU）とライプツィヒ大学の研究チームは、高い形状安定性と効率を備え、環境にも優しい蓄熱材料を開発した。大量の熱を吸収することが可能で、壁材に使うことで建物のエネルギー効率を大幅に改善したり、太陽光発電システムやバッテリーの受動的な冷却システムにも利用できる。研究結果は、2022年2月7日付けで『Journal of Energy Storage』にオンライン公開されている。

研究チームが開発したのは、物理的な状態を固体から液体へ変えることで大量の熱を吸収できる、「形状安定化相変化材料（SSPCM材料）」と言われるものだ。蓄えられた熱は、材料が凝固する時に再び放出される。身近なところでは、繰り返し使えるエコカイロとして知られている。

ただし、研究チームが想定しているのは、カイロではなく、建築用の資材だ。大型パネルとして壁に組み込むことで、晴れた時間帯に熱を吸収し、温度が下がると放熱するようになる。これにより、エネルギーの節約が期待される。見積もりによると、条件が整っていれば、従来のコンクリートや壁板よりも、10℃当たり最大24倍多くの熱を蓄えられるという。

新開発の材料は、従来のSSPCMよりも高い機械的安定性を示し、形状安定性、長期的なサイクル特性、化学的安定性も優れている。エコカイロと違って、新開発の材料を混ぜたパネルは熱を吸収しても溶けない。「我々の発明では、蓄熱材料は固体のケイ酸塩のフレームワークに閉じ込められ、高い毛細管力のために逃げることができない」と、Thomas Hahn教授は説明する。

さらに重要なことに、使用する化学物質は、シャンプーやクリームにも含まれる、毒性のない脂肪酸だ。材料の強度と熱伝導を強化するための添加物でさえ、もみ殻由来のものだ。

論文では、材料の構造の作り方や、それぞれの化学物質がどのように影響するかを説明している。メカニズムを可視化するために、蛍光顕微鏡も利用した。現在、研究室で生産できる量は少ないが、ここで得た知見を今後の材料の最適化と量産化に活用するとしている。

昼は涼しく夜は温かい家――環境に優しい建築用蓄熱材料を開発