Technion-Israel Institute en Cornell Tech in New York: onderzoekers passen eeuwenoude technologie voor airconditioning met klei aan voor duurzame koeling

LR: Tom Shaked, hoofd van het Laboratorium voor Architectuurrobotica en Bouwautomatisering aan de Ariel Universiteit. (Met dank aan Shahaf PY); CeraPiper kleikoelbuizen. (Met dank aan Haim Zinger); Ofer Berman, universitair docent aan de Faculteit Architectuur en Stedenbouw van het Technion-Israel Institute of Technology

Onderzoekers van het Technion-Israel Institute of Technology in Haifa en Cornell Tech in New York City hebben een eeuwenoude Midden-Oosterse methode om een ​​ruimte af te koelen een moderne draai gegeven, meldt Times of Israel.

In hun door vakgenoten beoordeelde studie stellen de wetenschappers dat ze een milieuvriendelijke methode hebben ontwikkeld voor het snel en goedkoop maken van holle keramische buizen die hun omgeving koelen door de verdamping van water, zonder vervuiling te veroorzaken of gebruik te maken van het elektriciteitsnet.

Het onderzoek werd uitgevoerd voordat de studentenraad van Cornell vorige week stemde om de banden met Technion te verbreken , omdat Technion volgens hen in strijd is met het internationaal recht vanwege haar betrokkenheid bij het Israëlische leger. Resoluties die door de studentenraad worden goedgekeurd, worden voorgelegd aan de rector, die ze kan accepteren of afwijzen.

Het systeem, genaamd CeraPiper, werd ontwikkeld door Ofer Berman (40), een gastdocent industrieel ontwerp aan het Technion, onder begeleiding van Thijs Roumen, universitair docent aan Cornell Tech en directeur van het Matter of Tech Lab, en Ethan Zhi Ming Seiz, een zomerstagiair bij Cornell Tech.

Berman vertelde The Times of Israel dat zijn onderzoek een reactie is op de ernstige klimaatverandering. Hij legde uit dat 2023 het warmste jaar was sinds meteorologen 174 jaar geleden begonnen met het bijhouden van de jaarlijkse temperaturen.

Door de hitte zijn airconditioningsystemen "steeds essentiëler geworden", zei hij. "Ze koelen de binnenruimte af, maar blazen warme lucht terug de buitenlucht in."

Zijn bezorgdheid over de manier waarop airconditioners broeikasgassen in de atmosfeer pompen, wat bijdraagt ​​aan de gevaarlijke temperatuurstijging op aarde, bracht hem ertoe een duurzaam koelsysteem te ontwikkelen dat hij CeraPiper noemde.

CeraPiper klei-koelbuizen ontworpen door Ofer Berman, universitair docent aan het Technion-Israel Institute of Technology, onder supervisie van Dr. Thijs Roumen, universitair docent aan Cornell Tech en directeur van het Matter of Tech Lab, en Ethan Zhi Ming Seiz, een stagiair van het Bowers Undergraduate Research Experience-programma. Met dank aan Haim Zinger

Bermans proof-of-conceptstudie, die onlangs is gepubliceerd in The Association for Computing Machinery, zou de weg kunnen vrijmaken voor de ontwikkeling van leidingen die koeling bieden zonder het milieu te schaden.

Vergelijkbaar met zweten

De CeraPiper-koeltechnologie is gebaseerd op eenvoudige waterverdamping, legde Berman uit.

Terwijl het water uit de poreuze, ongeglazuurde leidingen verdampt, absorbeert het warmte uit de lucht, waardoor de kamer koeler aanvoelt. Het proces is vergelijkbaar met zweten: als mensen het warm hebben, produceert hun lichaam zweet, en wanneer dat zweet van de huid verdampt, neemt het lichaamswarmte mee, waardoor de huid koeler aanvoelt.

Op dezelfde manier zorgen de keramische buizen ervoor dat water naar het oppervlak kan stromen en verdampen, waardoor warmte aan de omgeving wordt onttrokken.

Berman zei dat hij zich liet inspireren door traditionele koeltechnieken in het Midden-Oosten, waaronder de Egyptische jarrah, een kleipot die water kan afkoelen.

Het CeraPiper-systeem, ontworpen door Ofer Berman, gastdocent aan het Technion-Israel Institute of Technology. Met dank aan Haim Zinger

Volgens Berman tonen wetenschappers wereldwijd steeds meer interesse in het ontwikkelen van alternatieve koelmethoden vanwege de ernstige klimaatverandering.

"Ontwerpers spelen steeds vaker een steeds belangrijkere rol als ontwikkelaars van hun eigen fabricagegereedschappen en materiaalsystemen, in plaats van gebruikers van standaardtechnologieën", vertelde Tom Shaked, hoofd van het Laboratorium voor Architectonische Robotica en Bouwautomatisering aan de Ariel Universiteit, aan The Times of Israel. Shaked was niet betrokken bij het onderzoek.

Aanvankelijk probeerde Berman 3D-printen om kleipijpen te produceren, maar hij vond het proces te tijdrovend. Daarom besloot hij te gaan werken met een machine die pottenbakkers gebruiken voor de productie van klei.

De onderzoekers namen een standaard industriële kleimixer, ook wel een kleimolen genoemd, en voegden daar een speciaal ontworpen mondstuk aan toe, een zogenaamde dynamische matrijs, die ze konden aanpassen met behulp van een computerprogramma dat ze zelf hadden ontwikkeld.

Het CeraPiper-systeem, ontworpen door Ofer Berman, gastdocent aan het Technion-Israel Institute of Technology, maakt de productie mogelijk van milieuvriendelijke keramische buizen die de omgeving kunnen koelen. Foto: Haim Zinger

Het programma stelt de onderzoekers in staat om de diameter, vorm en lengte van de kleipijpen te veranderen. Hierdoor kan de machine een grote verscheidenheid aan op maat gemaakte stukken produceren zonder dat er onderdelen hoeven te worden verwisseld.

Omdat de klei direct na het persen door de machine zacht en flexibel blijft, kan deze met de hand worden gebogen of in complexe vormen worden gemodelleerd.

"Als het ontwerp ons niet bevalt, kunnen we er ook gewoon weer een hoop klei van maken en het opnieuw proberen," aldus Berman.

Zodra de gewenste vorm is bereikt, worden de buizen in een oven uitgehard bij 900 graden Celsius, oftewel ongeveer 1650 graden Fahrenheit. De secties kunnen vervolgens met elkaar worden verbonden om op maat gemaakte koelconstructies te bouwen die specifiek zijn ontworpen om te passen in de afmetingen van elke kamer of buitenruimte.

Gedurende een periode van 60 uur "verlaagde de verdampingskoeling de temperatuur duidelijk" in de testkamer, aldus Berman.

"Door hardware, geavanceerd computerontwerp en traditionele keramische kennis te combineren, transformeert dit werk passieve verdampingskoeling tot een schaalbaar architectonisch onderdeel", aldus Shaked, wiens lab werkt aan de integratie van technologiegedreven oplossingen voor architectuur en bouw.

Shaked voegde eraan toe dat "ambachtelijke, milieuvriendelijke kennis geen overblijfsel uit het verleden is, maar een cruciale basis vormt voor innovaties in energiezuinige bouwtechnologieën."

Berman zei dat de leidingen nu "op kleine schaal thermische verlichting kunnen bieden door middel van verdampingskoeling."

De innovatieve methode biedt nu mogelijkheden voor projecten die variëren van het koelen van complete gebouwen tot het reguleren van de temperatuur in kassen.

"Er liggen spannende toekomstige mogelijkheden in het verschiet," aldus Berman.