Para peneliti dari University of Chicago telah menemukan bahan kelongsong yang dapat berubah warna untuk membantu pemanasan atau pendinginan dan dapat dipasang kembali untuk meningkatkan efisiensi energi bangunan.
Bahan komposit terdiri dari beberapa lapisan yang berbeda termasuk foil tembaga, plastik dan graphene, dan berdasarkan suhu luar dapat mengubah warna inframerahnya – warna yang muncul di bawah pencitraan termal.
Pada saat yang sama, itu juga mengubah jumlah panas inframerah yang diserap atau dipancarkannya dari gedung. Pada hari-hari panas, bahan tersebut tampak kuning di bawah pencitraan termal, menunjukkan bahwa ia memancarkan lebih banyak panas, sementara pada hari-hari dingin tampak ungu karena menahan panas tersebut.
Saat digunakan pada fasad – misalnya dalam bentuk sirap – material tersebut berpotensi mengurangi kebutuhan akan pemanas, ventilasi, dan pendingin udara (HVAC) serta menurunkan konsumsi energi bangunan secara keseluruhan.
“Kami pada dasarnya telah menemukan cara hemat energi untuk merawat bangunan seperti manusia; Anda menambahkan lapisan saat Anda kedinginan dan melepas lapisan saat Anda panas,” kata insinyur material Po-Chun Hsu dari Sekolah Teknik Molekuler Pritzker, yang memimpin penelitian.
“Bahan pintar semacam ini memungkinkan kita menjaga suhu di dalam gedung tanpa energi dalam jumlah besar.”
Cladding merespons suhu seperti bunglon
University of Chicago menggambarkan materi tersebut sebagai “mirip bunglon” karena dapat mengubah warnanya sebagai respons terhadap suhu luar.
Pada suhu pemicu yang dipilih, material menggunakan sejumlah kecil listrik untuk menyetorkan tembaga ke film tipis atau melepaskannya.
Reaksi kimia ini secara efektif mengubah lapisan tengah material – larutan elektrolit berbasis air – menjadi tembaga padat. Tembaga beremisi rendah membantu mempertahankan panas dan menghangatkan bagian dalam bangunan, sementara lapisan air beremisi tinggi menjaga bangunan tetap dingin.
Lapisan elektrolit berbasis air juga membantu membuat bahan tersebut tidak mudah terbakar, dan para peneliti menggambarkan proses peralihan dari logam ke cairan dan kembali lagi sebagai “stabil, tidak mudah menguap, efisien, dan fleksibel secara mekanis”.
“Begitu Anda beralih antar keadaan, Anda tidak perlu menggunakan energi lagi untuk tetap berada di kedua keadaan tersebut,” kata Hsu. “Jadi untuk bangunan di mana Anda tidak perlu terlalu sering beralih di antara kondisi ini, itu benar-benar menggunakan jumlah listrik yang sangat kecil.”
Material dapat mengurangi konsumsi energi hingga delapan persen
Sebagai bagian dari studi mereka, yang diterbitkan dalam jurnal Nature Sustainability, para peneliti juga membuat model untuk menguji penghematan energi yang dapat dicapai dengan mengaplikasikan material mereka pada bangunan di 15 kota AS, yang mewakili 15 zona iklim.
Di daerah yang mengalami variasi cuaca yang tinggi, mereka menemukan bahwa bahan tersebut dapat menghemat rata-rata 8,4 persen konsumsi energi HVAC tahunan bangunan. Pada saat yang sama, material hanya mengandalkan 0,2 persen dari total listrik gedung untuk pengoperasiannya.
Saat ini, konstruksi dan pengoperasian gedung menghasilkan hampir 37 persen emisi karbon global, yang sebagian besar disebabkan oleh pengoperasian gedung termasuk pencahayaan, pemanasan, dan pendinginan.
Untuk memangkas emisi ini, bahan tersebut dapat digunakan untuk memperbaiki bangunan yang terisolasi atau bersejarah dengan buruk dan meningkatkan efisiensi energinya, karena menurut para peneliti akan lebih nyaman untuk dipasang daripada isolasi.
Namun, beberapa komponennya – termasuk monolayer graphene dan gold microgrid yang digunakan sebagai lapisan konduktif transparan – saat ini masih mahal dan rumit untuk diproduksi.
Para peneliti sejauh ini hanya membuat tambalan bahan selebar enam sentimeter, tetapi bayangkan merakitnya seperti sirap untuk membentuk lembaran yang lebih besar.
Dengan lapisan berair yang aktif, bahannya berwarna putih tua, yang berubah menjadi coklat tembaga saat lapisan tembaga aktif.
Tapi bahannya juga bisa di-tweak untuk menunjukkan warna yang berbeda dengan menambahkan lapisan pigmen di belakang lapisan air transparan.
Pendekatan lain untuk menjaga agar bangunan tetap sejuk adalah dengan mengecatnya dengan warna putih. Untuk tujuan ini, para peneliti di Universitas Purdue baru-baru ini mengembangkan “cat paling putih yang pernah tercatat”, yang memantulkan 98 persen sinar matahari.
Gambar milik Hsu Group.