Naukowcy z AGH tworzą materiały dla budownictwa i energetyki

Zespół kierowany przez Urszulę Stachewicz z Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie wykorzystuje biomimetyzm, czyli podejście polegające na odwzorowywaniu rozwiązań wypracowanych przez naturę. Badaczka, laureatka prestiżowego grantu ERC, podkreśla, że inspiracje ze świata roślin i zwierząt mogą skutecznie odpowiadać na współczesne wyzwania technologiczne.

Jednym z przykładów jest analiza mikroskopowej struktury sierści niedźwiedzia polarnego. Włosy tego zwierzęcia są puste w środku, a zamknięte w nich powietrze stanowi doskonałą izolację przed zimnem.

Nanowłókna jak naturalne futro

Na tej podstawie naukowcy stworzyli włókna o podobnej budowie – z pustym rdzeniem i podwójną otoczką. Do ich produkcji wykorzystano znane w budownictwie polimery, takie jak polistyren i poliuretan.

Kluczową innowacją jest autorska technologia elektroprzędzenia, pozwalająca na jednoczesne tworzenie struktur z dwóch materiałów. Specjalna igła z dwiema współosiowymi dyszami umożliwia uzyskanie niezwykle cienkich włókien – nawet tysiąc razy cieńszych od ludzkiego włosa.

Powstałe maty są lekkie, elastyczne i zawierają nawet 90 proc. powietrza, co czyni je bardzo skutecznymi izolatorami. Choć nie przypominają wizualnie futra, odwzorowują jego właściwości fizyczne.

Zastosowanie w budownictwie i oszczędności energii

Nowe materiały przetestowano m.in. jako wypełnienie ram okiennych. Badania z użyciem kamer termowizyjnych wykazały, że znacząco ograniczają straty ciepła – zimą zatrzymują energię wewnątrz budynku, a latem chronią przed przegrzewaniem.

To rozwiązanie może mieć duże znaczenie dla poprawy efektywności energetycznej budynków, szczególnie w kontekście rosnących kosztów energii i wymogów klimatycznych.

Magazynowanie ciepła inspirowane naturą

Badacze pracują również nad materiałami zdolnymi do magazynowania energii cieplnej. Inspiracją ponownie jest natura – czarna skóra niedźwiedzia polarnego pochłania promieniowanie słoneczne, a warstwa tłuszczu zatrzymuje ciepło.

Podobny efekt naukowcy chcą osiągnąć dzięki materiałom typu PCM (phase change materials), wzbogaconym m.in. o glikol czy węgiel warstwowy, które mogą absorbować i oddawać energię w zależności od temperatury otoczenia.

Kaktus jako model dla izolacji rur

Kolejną inspiracją był Cephalocereus senilis, czyli tzw. „stary człowiek kaktus”. Jego włosy mają mikroskopijne rowki, które skutecznie zatrzymują powietrze i ograniczają wymianę ciepła.

Na tej podstawie opracowano włókna z poliwęglanu, które mogą być wykorzystane np. jako izolacja rur z ciepłą wodą. Co istotne, taka otulina może być znacznie cieńsza od tradycyjnych materiałów, przy zachowaniu tych samych parametrów izolacyjnych.

Inteligentne tekstylia i nowe możliwości

Zespół z AGH rozwija także tzw. przędze z nanowłókien, które można wplatać w tkaniny. Otwiera to drogę do tworzenia inteligentnych tekstyliów – ubrań reagujących na temperaturę, monitorujących parametry zdrowotne czy generujących energię z ruchu.

Takie rozwiązania mogą znaleźć zastosowanie nie tylko w codziennym użytkowaniu, ale również w sektorze wojskowym, np. w formie kamuflażu termicznego utrudniającego wykrycie przez kamery i drony.

Od badań do wdrożeń

Jak podkreśla prof. Stachewicz, badania podstawowe bardzo szybko mogą znaleźć praktyczne zastosowanie. Kluczowe jest jednak zaangażowanie przemysłu, który umożliwi ich wdrożenie na szeroką skalę.

Badaczka zwraca uwagę, że przełomowe właściwości materiałów nie zawsze wymagają nowych składników chemicznych – często wystarczy odpowiednio zaprojektowana struktura.

– Natura pokazuje, że kluczem jest geometria i architektura materiału. To podejście pozwala tworzyć innowacyjne rozwiązania bez konieczności odkrywania nowych substancji – podsumowuje naukowczyni.