Vaihemuutosmateriaalien energiavarastolla on merkittävä rooli energiatehokkuuden parantamisessa ja uusiutuvan energian hyödyntämisessä. Viime vuosina on tutkittu laajasti faasimuutosmateriaaleja (PCM) energian varastointiin ja lämmönsäätöön laitteissa ja rakennuksissa. Suuri osa PCM:istä on kuitenkin peräisin fossiilisiin polttoaineisiin -pohjaisista teollisuustuotteista, kuten parafiinivahasta, ja raa'at PCM:t kohtaavat ongelmia, kuten vuotoja ja rajoitettuja toimintoja. PCM-pakkauksiin käytetään tyypillisesti kapselointimateriaaleja, kuten paisutettua grafiittia, grafeenia ja mikrokapseleita. Suurin osa näistä kapselointimateriaaleista on peräisin öljyjohdannaisista, joille on ominaista monimutkaiset valmistusprosessit, korkeat kustannukset ja merkittävä saastuminen.
Samaan aikaan biomassaenergian osuus maailmanlaajuisesta energiankulutuksesta on 10–14 %, ja se on tärkeä globaali energianlähde ja kansainvälisesti tunnustettu uusiutuvan energian hiilidioksidi-tarve. Biomassamateriaalien etuja ovat muun muassa vahva adsorptiokyky, runsas saatavuus, alhaiset kustannukset ja ympäristöystävällisyys. Hyödyntämällä biomassasta peräisin olevan aktiivihiilen morfologiaa-stabiloivia-hyötyjä, valmistetut PCM:t voivat varastoida enemmän lämpöenergiaa faasisiirtymien aikana pitäen ympäristön lämpötilat mukavalla alueella energiansäästö- ja päästöjen-vähentämisvaikutusten saavuttamiseksi. Näin ollen uusiutuvaan biomassaan perustuvien materiaalien tutkiminen ja bio{11}peräisten PCM:iden kehittäminen edustavat alan tulevaisuuden trendejä.
Mitä tulee materiaalien valintaan, bio-huokoiset materiaalit-alhaisilla kustannuksillaan, ympäristöystävällisyydellään ja laajalla käyttökelpoisuudellaan-voivat toimia tehokkaasti tukimateriaaleina muoto-stabiilien bio{{4}-pohjaisten komposiitti-PCM:iden valmistuksessa. Suurin osa PCM-komposiittimateriaalien tukimateriaaleista on johdettu öljyjohdannaisista ja kohtaa haasteita, kuten monimutkaiset valmistusprosessit, korkeat kustannukset ja voimakas saastuminen. Fossiilisten polttoaineiden niukkuuden ja ympäristönäkökohtien vuoksi bio-pohjaiset tukimateriaalit ovat niiden biohajoavuuden ja uusiutuvuuden vuoksi kannattava ratkaisu ja väistämätön trendi. Kasveista, eläimistä ja mikro-organismeista voidaan saada runsaasti uusiutuvia bio{9}}pohjaisia materiaaleja. Luonnollisiin biohuokoisiin rakenteisiin perustuvat materiaalit helpottavat PCM-adsorptiota ja yksinkertaistavat muotostabiilien komposiitti-PCM:iden valmistamista. Bio{14}}pohjaisten resurssien täysi hyödyntäminen on vihreän ja kestävän kehityksen strategioiden mukaista.
Bio{0}}pohjaiset materiaalit sisältävät yleensä runsaasti hiililähteitä; karbonoinnin ja jatkokäsittelyn avulla niiden huokoiset rakenteet voidaan konfiguroida uudelleen. Bio-pohjaisissa materiaaleissa, joissa on yhteenliitetyt huokoiset arkkitehtuurit, ristiin-hiiliverkot tarjoavat lämpöä johtavia reittejä, kun taas huokoiset rakenteet tarjoavat tilavarastoa PCM:ille. Bio-pohjaisten materiaalien käyttö vähentää riippuvuutta öljystä jossain määrin.
Biomassaa tukevia materiaaleja käytetään laajasti huokoisten funktionaalisten materiaalien valmistuksessa niiden runsaan saatavuuden, alhaisten kustannusten, ympäristöystävällisyyden ja uusiutuvuuden vuoksi. Biomassan PCM:illä on etuja, kuten ei--myrkyllisyys, ei--syövyttävyys ja erinomainen biologinen yhteensopivuus. Komposiittibiomassan PCM:t osoittavat yksinkertaisia valmistusprosesseja, erinomaisen suorituskyvyn ja hallittavan lämpötilan säädön. Biomassamateriaalien nykyinen tutkimus ja kehittäminen on kuitenkin edelleen riittämätöntä. Jatkuva biomassan ja sen johdannaisten tutkiminen sekä uusia menetelmiä huokoisen biomassan PCM:n valmistamiseksi on välttämätöntä.
Tulevaisuuden näkymät:
Huolimatta saavutuksista komposiittifaasimuutosenergian varastointimateriaaleissa,{0}}joissa hyödynnetään biomassaraaka-aineiden runsasta saatavuutta, biomassasta peräisin olevien komposiitti-PCM:iden erinomaisesta suorituskyvystä-ja laajasta sovelluspotentiaalista{2}}, useita haasteita on edelleen olemassa.
(1) Vuoto kiinteän-nestefaasisiirtymän aikana: Biomassan ja sen johdannaisten piilevien ominaisuuksien ennakoivaa tutkimista tarvitaan optimaalisen koostumussuhteiden tunnistamiseksi ja biomassan PCM:iden faasisiirtymäkäyttäytymisen säätelemiseksi.
(2) Monimutkaiset valmistusprosessit ja korkeat kustannukset: Innovatiivisia valmistusmenetelmiä bio-pohjaisille komposiitti-PCM:ille on kehitettävä prosessien virtaviivaistamiseksi ja kustannusten alentamiseksi.
(3) Rajoitettu toiminnallisuus ja suorituskyky: Tutkimuksessa olisi keskityttävä biomassan PCM:ien räätälöimiseen erilaisiin sovellusskenaarioihin ja monitoimisten muunnelmien kehittämiseen kokonaisvaltaisen käytännöllisyyden parantamiseksi.
