Аэрогель

Аэрогель – это один из самых удивительных теплоизоляционных материалов, известных науке. Он сохраняет тепло там, где ему и положено быть, внутри.

Есть одно место, где хорошая изоляция жизненно необходима – ледяные просторы космоса. Благодаря теплоизоляционным свойствам аэрогеля космические корабли выдерживают адский холод поверхности Марса.

Технический твёрдый аэрогель больше похож на игру света (рис. 4.45.). Люди воспринимают его как «замороженный дым», и в некотором смысле кажется, что он существует лишь мгновения. Это твёрдое вещество, с самой маленькой плотностью сред всех твёрдых веществ, известных на Земле. Зафиксированный рекорд плотности – 1,9 кг/м³. Ааэрогель на целых 99 % состоит из воздуха, он пропускает свет, но практически не пропусках тепло. Такое уникальное свойство рождается из его особенной структуры.

Аэрогель производится из желеобразного вещества – полужидкого, полутвёрдого – сухая субстанция цепочки диоксида кремния SiO₂, окружённая спиртом. Чтобы высушить гель, спирт под высоким давлением заменяется жидкой углекислой кислотой СО₂. При снижении давления жидкий диоксид углерода превращается в газ, который улетучивается, оставляя крошечные воздушные включения – в тысячу раз более тонкие, чем паутина. Они сразу же превращаются в соты зажатого воздухом тепла.

Рисунок 4.45. Технический твёрдый аэрогель

В 90-х годах НАСА провела испытания аэрогеля в самой экстремальной среде солнечной системы – на застывших просторах Марса. Температура на поверхности красной планеты может падать до минус 70 ºС, что недопустимо для чувствительного оборудования автоматических зондов. Марсианские исследовательские зонды, заключённые в аэрогель, проработали три холодных месяца и передали на Землю потрясающие фотографии.

Аэрогель – лучший из существующих изоляторов, но применение этого современного космического материала в обыденной жизни проблематично: это не только дорогостоящий, но и очень хрупкий материал. Одно нажатие – и аэрогель превращается в пыль, что не позволяет использовать его в какой бы то ни было отрасли промышленности.

Для придания аэрогелю прочностных свойств было найдено простое, но по-своему выдающееся решение – влажный гель покрывается полиэфирным волокном, которое служит остовом для материала, предавая ему прочность и удивительную гибкость. Конечной продукт обладает всеми теми же невероятными изолирующими свойствами аэрогеля, но стоит в разы дешевле материала, который летает на красную планету, что позволяет надеяться на его внедрение в строительную промышленность.

Аэрогелевый покров невероятно эффективен при изоляции стен и крыш. Однако 30 % тепловых потерь зданий происходит через окна. Следующий шаг – сделать аэрогель достаточно прозрачным и прочным, чтобы обеспечить теплоизоляцию окон.

Но пока такие высокотехнологичные окна слишком хрупкие. Стоит грузовику проехать мимо, и от вибрации они разлетятся вдребезги. Ещё одна из сложностей, связанных с аэрогелем, заключается в том, что сейчас он выпускается в виде волокон, поэтому он отнюдь не так удобен, как изоляционный материал, которым мы заделываем щели.

Учёные должны справиться и с этой проблемой, их успех может оказать существенное влияние на решение проблемы энергосбережения в будущем. Лет через 30-40, возможно, аэрогель будет в каждом здании, и станет так же распространён, как сегодня материалы вроде пластика.

Изоляция при помощи аэрогеля – футуристическая идея, но станет ли она лучшим оружием в борьбе с выбросами углекислого газа?

По данным Центра Альтернативных Технологий чудесный материал будущего снижает уровень выбросов на 29 %. Вполне возможно, что ему под силу снизить потери тепла в мегаполисе будущего.