W Katedrze Inżynierii Materiałowej Politechniki Krakowskiej od prawie dwóch lat realizowane są zaawansowane prace zmierzające do opracowania nowego materiału izolacyjnego na bazie geopolimerów z dodatkiem materiałów zmiennofazowych (PCM – phase change materials). Badania realizowane są w ramach projektu finansowanego przez NCBiR: „Opracowanie technologii addytywnego wytwarzania przyjaznych dla środowiska i bezpiecznych materiałów izolacyjnych i zdolnych do akumulacji ciepła opartych na alkalicznej aktywacji surowców antropogenicznych”; LIDER/16/0061/L-11/19/NCBR/2020; wartość projektu 1 496 550 PLN.

Problemem z którym od lat zmagają się inżynierowie jest sposób skutecznej izolacji budynków, aby straty energii były jak najmniejsze. Przy projektowaniu materiałów izolacyjnych oprócz ich skuteczności należy również uwzględniać: bezpieczeństwo stosowania, niepalność (lub jej ograniczenie), łatwy sposób aplikacji, brak negatywnego wpływu na środowisko. Doświadczenia pokazują, że nie zawsze jest to zadanie łatwe do osiągnięcia i często występują bardzo negatywne skutki związane z wykorzystaniem nieodpowiednich materiałów. Stosowany np. jeszcze niedawno azbest został całkowicie zakazany ze względu na negatywny wpływ na ludzkie zdrowie. Styropian, który jest najbardziej popularny również ma wiele wad a największa z nich to niska odporność na temperatury i problemy z jego utylizacją. Popularnie stosowane w Polsce pianki poliuretanowe po aplikacji są nieszkodliwe dla zdrowia i nie emitują żadnych szkodliwych substancji jednak w trakcie nakładania emitują one szkodliwe izocyjaniany.  Jedną z realnych technologii mogących być alternatywą dla popularnych materiałów izolacyjnych są spienione geopolimery zawierające materiały zmiennofazowe. Spienione polimery nieorganiczne (geopolimery) posiadają unikalne właściwości związane z wytrzymałością mechaniczną i bezpieczeństwem przeciwpożarowym. Biorąc pod uwagę również niewielki ciężar tych materiałów mogą one znaleźć wiele zastosowań przemysłowych, jak również w budownictwie jednorodzinnym.

Proponowana technologia jest całkowicie odporna na działanie ognia nawet do temperatur powyżej 10000C. Jest również całkowicie nieszkodliwa dla środowiska i dla ludzi zajmujących się aplikacją tych materiałów. Przy wytwarzaniu i nanoszeniu geopolimerów nie dochodzi do emisji szkodliwych substancji. Dodatkowo możliwe jest wytwarzanie tych materiałów z  odpadów przemysłu energetycznego takich jak popioły, mieszanki popiołowo–żużlowe, łupki przywęglowe, metakaolinit odpadowy. Takie podejście pozwalające na zagospodarowanie tego typu odpadów jest szczególnie przyjazne dla środowiska.

Wykorzystanie materiałów zmiennofazowych pozwala na zwiększenie możliwości akumulacji ciepła w materiałach izolacyjnych, obniża ich współczynnik przewodzenia ciepła i  zwiększa komfort cieplny budynku. Dodatek ok. 5% materiałów zmiennofazowych pozwoli na zwiększenie pojemności cieplnej całej przegrody o około 40%. Materiały zmiennofazowe znane były już w latach 70 XX wieku (podobnie jak geopolimery). Jednak ich rozwój przypada na lata współczesne, gdyż dopiero teraz udało się stworzyć stabilne fazy i dopracować materiały budowlane. Materiały zmiennofazowe PCM (Phase Change Materials) to materiały zdolne do zmiany stanu skupienia. Najczęściej w tego rodzaju materiałach wykorzystuje się przemianę ciecz – ciało stałe.

Realizowany projekt pozwoli zarówno na zwiększenie poziomu wiedzy i wykorzystania materiałów takich jak geopolimery a jednocześnie przyczyni się do rozwoju wykorzystania materiałów zmiennofazowych. W czasach gospodarki obiegu zamkniętego i wzmożonych działaniach na rzecz energooszczędności i zmniejszenia negatywnego wpływu na klimat, projekt ten jest idealnym rozwiązaniem dla przyszłości rozwoju materiałów budowlanych i izolacyjnych.

 

Fig. Mikrofotografia kapsułek materiałów PCM.

Fig. Przykład izolacyjnego panelu geopolimerowego

 

dr inż. Michał Łach – pracownik Katedry Inżynierii Materiałowej Politechniki Krakowskiej (adiunkt), specjalista w dziedzinie zagospodarowania odpadów i nowoczesnych materiałów budowlanych, głównie geopolimerów, autor i współautor ponad 120 publikacji dotyczących geopolimerów odpadowych i materiałów budowlanych, współautor 6 patentów, współzałożyciel pierwszej spółki spin–off Politechniki Krakowskiej wdrażającej technologię geopolimerów i nowoczesnych materiałów budowlanych, kierownik Laboratorium Polimerów Nieorganicznych (geopolimerów) PK. Od ponad 10 lat współpracujący z przemysłem w tematyce zagospodarowania odpadów, stabilizacji odpadów niebezpiecznych, przetwarzania materiałów odpadowych na produkty użyteczne.