Faseverandering materiële energieopslag speelt een belangrijke rol bij het verbeteren van de energie-efficiëntie en het gebruik van hernieuwbare energie. De afgelopen jaren is er uitgebreid onderzoek gedaan naar faseovergangsmaterialen (PCM) voor energieopslag en thermische regeling in apparatuur en gebouwen. Een groot deel van de PCM's is echter afkomstig van industriële producten op basis van fossiele brandstoffen-, zoals paraffinewas, en onbewerkte PCM's hebben te maken met problemen zoals lekkage en beperkte functionaliteit. Inkapselingsmaterialen zoals geëxpandeerd grafiet, grafeen en microcapsules worden doorgaans gebruikt voor PCM-verpakkingen. De meeste van deze inkapselingsmaterialen zijn afkomstig van aardoliederivaten, gekenmerkt door complexe bereidingsprocessen, hoge kosten en aanzienlijke vervuiling.
Ondertussen is biomassa-energie verantwoordelijk voor 10% tot 14% van het mondiale energieverbruik en fungeert het als een belangrijke mondiale energiebron en als internationaal erkende-koolstofvrije hernieuwbare energie. Biomassamaterialen vertonen voordelen, waaronder een sterk adsorptievermogen, overvloedige beschikbaarheid, lage kosten en milieuvriendelijkheid. Door gebruik te maken van de morfologie-stabiliserende voordelen van uit biomassa-afgeleide actieve kool, kunnen gefabriceerde PCM's meer thermische energie opslaan tijdens faseovergangen, waardoor de omgevingstemperatuur binnen een comfortabel bereik wordt gehouden om energiebesparing- en emissiereductie- te bereiken. Het onderzoeken van materialen op basis van hernieuwbare biomassa- en het ontwikkelen van-bio-gebaseerde PCM's vertegenwoordigen daarom toekomstige trends in de sector.
Wat de materiaalkeuze betreft, kunnen bio{0}}poreuze materialen-met hun lage kosten, milieuvriendelijkheid en brede toepasbaarheid-effectief dienen als ondersteunende materialen voor het vervaardigen van vorm-stabiele bio-composiet-PCM's. De meeste ondersteunende materialen voor composiet PCM's zijn afgeleid van aardoliederivaten en worden geconfronteerd met uitdagingen zoals complexe bereidingsprocessen, hoge kosten en zware vervuiling. Gezien de schaarste aan fossiele brandstoffen en milieuproblemen vormen bio-gebaseerde ondersteunende materialen, vanwege hun biologische afbreekbaarheid en hernieuwbaarheid, een haalbare oplossing en een onvermijdelijke trend. Er is een overvloed aan hernieuwbare, bio{9}}materialen die afkomstig kunnen zijn van planten, dieren en micro-organismen. Materialen op basis van natuurlijke bio-poreuze structuren vergemakkelijken de PCM-adsorptie en vereenvoudigen de bereiding van vormstabiele-composiet-PCM's. Het volledig benutten van bio-bronnen sluit aan bij groene en duurzame ontwikkelingsstrategieën.
Bio-materialen bevatten over het algemeen rijke koolstofbronnen; door carbonisatie en verdere verwerking kunnen hun poreuze structuren opnieuw worden geconfigureerd. In bio-gebaseerde materialen met onderling verbonden poreuze architecturen zorgen kruis-verbonden koolstofnetwerken voor thermisch geleidende paden, terwijl de poreuze structuren ruimtelijke opslag bieden voor PCM's. Het gebruik van bio-materialen vermindert de afhankelijkheid van aardolie tot op zekere hoogte.
Ondersteunende materialen uit biomassa worden op grote schaal toegepast bij de bereiding van poreuze functionele materialen vanwege hun overvloedige beschikbaarheid, lage kosten, milieuvriendelijkheid en hernieuwbaarheid. Biomassa-PCM's vertonen voordelen zoals niet--toxiciteit, niet-corrosiviteit en uitstekende biocompatibiliteit. Samengestelde biomassa-PCM's demonstreren eenvoudige bereidingsprocessen, superieure prestaties en regelbare temperatuurregeling. Het huidige onderzoek en de ontwikkeling van biomassamaterialen blijven echter onvoldoende. Voortdurende verkenning van biomassa en de afgeleide materialen ervan, samen met nieuwe methoden voor het bereiden van poreuze biomassa-PCM, is absoluut noodzakelijk.
Toekomstperspectieven:
Ondanks de prestaties op het gebied van composiet-faseveranderingsmaterialen voor energieopslag-waardoor gebruik wordt gemaakt van de overvloedige beschikbaarheid van biomassa-grondstoffen, de superieure prestaties van uit biomassa-afgeleide composiet PCM's en het brede toepassingspotentieel-blijven er verschillende uitdagingen bestaan.
(1) Lekkage tijdens vaste-vloeibare faseovergangen: Proactief onderzoek naar de latente eigenschappen van biomassa en zijn derivaten is vereist om optimale samenstellingsverhoudingen te identificeren en het faseovergangsgedrag van biomassa-PCM's te reguleren.
(2) Complexe voorbereidingsprocessen en hoge kosten: innovatieve bereidingsmethoden voor bio-gebaseerde samengestelde PCM's moeten worden ontwikkeld om processen te stroomlijnen en de kosten te verlagen.
(3) Beperkte functionaliteit en prestaties: Onderzoek moet zich richten op het afstemmen van biomassa-PCM's op diverse toepassingsscenario's, waarbij multifunctionele varianten moeten worden ontwikkeld om de alomvattende bruikbaarheid te vergroten.
