Учёные создали напечатанные на 3D-принтере керамические кубы, которые охлаждают помещения без электричества

Исследователи из Технического университета Граца (TU Graz) разработали напечатанные на 3D-принтере пористые керамические кубы, способные снижать температуру воздуха без использования электричества, компрессоров и хладагентов. В ходе испытаний один такой куб уменьшил температуру воздуха вокруг себя почти на 7 °C благодаря естественному испарительному охлаждению.

Разработка основана на хорошо известном физическом принципе, который веками использовался в глиняных кувшинах и традиционных системах охлаждения зданий. Однако современные технологии 3D-печати позволили создать значительно более эффективную структуру материала, увеличив площадь испарения воды.

Каждый куб имеет размер около 23 × 23 × 23 сантиметров и изготавливается методом 3D-печати из специальной глиняной смеси. После печати изделие обжигают при сравнительно невысокой температуре, благодаря чему внутри формируется высокопористая керамическая структура.

Ключевой особенностью конструкции стала трёхмерная периодическая минимальная поверхность (Triply Periodic Minimal Surface, TPMS). Такая геометрия обеспечивает очень большую площадь поверхности при минимальном расходе материала. Вода равномерно распределяется по порам за счёт капиллярного эффекта и постепенно испаряется, отбирая тепло у окружающего воздуха.

По словам руководителя проекта Милены Ставрич, сама идея испарительного охлаждения известна человечеству уже многие столетия. Новизна разработки заключается именно в применении аддитивных технологий, которые позволяют создавать чрезвычайно сложные пористые структуры, недоступные традиционным методам производства.

Чтобы дополнительно повысить эффективность системы, исследователи добавили в глиняную смесь древесные опилки и грибной мицелий. Во время формирования материала грибница прорастает через весь объём будущего изделия, а после обжига органические компоненты полностью выгорают, оставляя разветвлённую сеть микро- и макропор. Такая структура облегчает распределение воды внутри керамики и усиливает испарительное охлаждение.

Учёные также изучают возможность использования в качестве сырья донных отложений австрийского озера Нойзидлер-Зе. Озеро регулярно очищают от ила, который сейчас практически не используется. По мнению авторов проекта, этот материал может стать экологичной основой для производства охлаждающих керамических элементов.

Эффективность технологии проверили во время эксперимента на чердаке здания университета. Исследователи разместили заполненный водой керамический куб в помещении и измерили изменение температуры. Воздух непосредственно рядом с конструкцией стал холоднее почти на 7 °C, при этом эффект охлаждения ощущался практически во всём помещении.

На основе этой технологии специалисты уже построили демонстрационную охлаждающую стену размером 2 × 2 метра, интегрировав в неё систему подачи воды. Конструкция установлена на территории кампуса TU Graz, где любой желающий может оценить её работу. Ещё один демонстрационный образец представлен в Музее восприятия в Граце.

В отличие от традиционных кондиционеров, новая система не расходует электроэнергию и не использует хладагенты. Для её работы необходимы только вода и естественная циркуляция воздуха. Кроме того, она не создаёт дополнительного теплового загрязнения окружающей среды, которое усиливает эффект городских островов тепла.

По мнению разработчиков, технология может найти применение в жилых и офисных зданиях, школах, общественных пространствах, остановках общественного транспорта и других местах, где необходимо обеспечить охлаждение без значительных затрат энергии. Исследователи считают, что подобные пассивные системы способны стать экологичной альтернативой традиционному кондиционированию воздуха в условиях всё более жаркого климата.