Με τον εύγλωττο τίτλο «Clear-Up», το πρόγραμμα της Ευρωπαϊκής Ένωσης στοχεύει στην εξυγίανση των γερασμένων σπιτιών της Γηραιάς Ηπείρου. Ποιότητα του αέρα, ενεργειακή εξοικονόμηση και βέλτιστος φωτισμός οι πρώτοι στόχοι


Παράθυρα που σκουραίνουν ή γίνονται περισσότερο διάφανα κατά βούληση ή ανάλογα με την ηλιακή ακτινοβολία, νανοσωματίδια που ανιχνεύουν και καθαρίζουν τις βλαβερές ουσίες από την ατμόσφαιρα, μονωτικά υλικά που επιτυγχάνουν την ιδανική θερμοκρασία αποφεύγοντας τις ενεργειακές σπατάλες. Τα ευρωπαϊκά κτίρια του μέλλοντος θα είναι φειδωλά στην κατανάλωση ενέργειας, θα προσφέρουν ένα ευχάριστο και υγιεινό εσωτερικό περιβάλλον και θα είναι φιλικά προς τον πλανήτη. Μια πρώτη γεύση τους θα παρουσιαστεί στις 12 Δεκεμβρίου στην Κοπεγχάγη, στο πλαίσιο της Διάσκεψης του Οργανισμού Ηνωμένων Εθνών για την Κλιματική Αλλαγή. Στο φιλόδοξο έργο περιλαμβάνεται και μία ελληνική συμμετοχή.
Από την περιβαλλοντική άποψη τα ευρωπαϊκά κτίρια έχουν αποδειχθεί κάθε άλλο παρά «πράσινα» και «καθαρά», με ένα οικολογικό αποτύπωμα το οποίο θα έπρεπε να τα κάνει να κοκκινίζουν από ντροπή. Σύμφωνα με μελέτες, αποτελούν τον υπ΄αριθμόν 1 «υπεύθυνο» των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου στην Ευρωπαϊκή Ένωση, ενώ απορροφούν το 40% της συνολικής κατανάλωσης ενέργειας, χρησιμοποιώντας επιπλέον κυρίως ορυκτά καύσιμα για τη θέρμανσή τους. Για να διορθώσει τα πράγματα η Ευρωπαϊκή Επιτροπή ξεκίνησε πριν από έναν χρόνο ένα μεγάλο επιστημονικό πρόγραμμα, το Clearup, με τη συμμετοχή πανεπιστημιακών ερευνητικών ομάδων από εννέα κράτη-μέλη και 11 μεγάλων ευρωπαϊκών επιχειρήσεων, μεταξύ των οποίων οι Velux, Ιtalcementi, Siemens, Saint Gobain/Μaxit, Αcciona, Chromogenics και ΑppliedSensor. Τα πρώτα αποτελέσματα των ερευνών παρουσιάζονται τώρα για πρώτη φορά στο κοινό.
Το Clear-up φιλοδοξεί να βελτιώσει τα κτίρια με τη βοήθεια της νανοτεχνολογίας και των μικροσυστημάτων. «Στόχος της όλης προσπάθειας»λέει μιλώντας στο «Βήμα» ο κ.Γεώργιος Κυριακίδης, καθηγητής του Πανεπιστημίου Κρήτης και επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας του Ινστιτούτου Ηλεκτρονικής Δομής & Λέιζερ (ΙΗΔΛ) του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Ερευνας (ΙΤΕ), που αποτελεί τη μοναδική ελληνική συμμετοχή στο πρόγραμμα, «είναι η μελέτη νέων τεχνολογιών για τη διαχείριση του περιβάλλοντος των εσωτερικών χώρων, είτε πρόκειται για σπίτια είτε για γραφεία ή καταστήματα» . Επειδή τα κτίρια στην Ευρώπη είναι στην πλειονότητά τους παλιά (το 60% είναι «γερασμένα» με μέση ηλικία άνω των 25 ετών), τα νέα υλικά θα μπορούν να χρησιμοποιούνται τόσο για νέες κατασκευές όσο και για την ανακαίνιση ήδη υπαρχόντων κτιρίων. «Ουσιαστικά»εξηγεί ο κ. Κυριακίδης «εστιαζόμαστε σε τρία σημεία: στον φωτισμό, στην ποιότητα του αέρα, δηλαδή του αέρα που αναπνέει κανείς, και στην ενέργεια που χρησιμοποιείται για ψύξη- θέρμανση σε συνδυασμό με τη μόνωση για εξοικονόμηση ενέργειας».
Οι προσπάθειες περιλαμβάνουν την ανάπτυξη νέων υλικών και δομικών στοιχείων, νέων συστημάτων για την εξασφάλιση θερμικής ενέργειας και μόνωσης, νέων τεχνολογιών για τη βελτίωση του εξαερισμού, του κλιματισμού, του φωτισμού και των παραθύρων, νέων καταλυτικών συστατικών για τον καθαρισμό του εσωτερικού αέρα, αλλά και νέων εργαλείων για την αξιολόγηση των ενεργειακών και περιβαλλοντικών επιδόσεων των κτιρίων.

Καθαρός εσωτερικός αέρας

Έρευνες σε παγκόσμιο επίπεδο έχουν δείξει ότι ο αέρας που αναπνέουμε μέσα στο σπίτι ή στο γραφείο μας δεν είναι τόσο καθαρός όσο νομίζουμε. Αντιθέτως, ορισμένες φορές μπορεί να περιέχει περισσότερους ρύπους από ό,τι η εξωτερική ατμόσφαιρα. Αυτό γιατί το καθετί που υπάρχει στους εσωτερικούς χώρους- από τα χαλιά και τα έπιπλα έως τα απορρυπαντικά που χρησιμοποιούνται για τον καθαρισμό τους- μπορεί να εκλύει κάποιες χημικές ενώσεις που επιβαρύνουν τον οργανισμό προκαλώντας πονοκεφάλους και δυσφορία ή και, μακροπρόθεσμα, σοβαρότερα προβλήματα υγείας. Για να αντιμετωπίσει αυτό το πρόβλημα το Clear-up βασίζεται σε δύο συμπληρωματικές τεχνολογίες: τους αισθητήρες και τα φωτοκαταλυτικά σωματίδια. Σε αυτόν ακριβώς τον τομέα εργάζεται η ερευνητική ομάδα τού ΙΤΕ.
Οι αισθητήρες που αναπτύσσει είναι κυρίως αισθητήρες αέρος με τη μορφή λεπτών υμενίων και νανοσωματιδίων από οξείδια μετάλλων, όπως αυτά του ινδίου και του ψευδαργύρου, και θα αποτελούν την «καρδιά ενός συστήματος συναγερμού» . Θα ανιχνεύουν δηλαδή τους διάφορους ρύπους στο εσωτερικό του σπιτιού ούτως ώστε, όταν υπάρχει ανάγκη, να ενεργοποιούν «έξυπνα» συστήματα εξαερισμού τα οποία θα καθαρίζουν την ατμόσφαιρα. «Μιλάμε για μια κατηγορία αισθητήρων που ανιχνεύει σε πάρα πολύ μικρές συγκεντρώσεις-της τάξεως των ppb, δηλαδή μερικών μερών ανά δισεκατομμύριο μορίωνρύπους οι οποίοι μπορούν να δημιουργηθούν μέσα σε κλειστούς χώρους από διάφορες πηγές»εξηγεί ο κ. Κυριακίδης. Οι πιο κοινοί τέτοιοι «εσωτερικοί» ρύποι είναι οι λεγόμενες Πτητικές Οργανικές Ενώσεις (Volatile Οrganic Compounds ή εν συντομία VΟC), το μονοξείδιο και το διοξείδιο του άνθρακα, το μονοξείδιο του αζώτου και το όζον.
Οι στόχοι των ερευνητών δεν εξαντλούνται εδώ, αλλά περιλαμβάνουν και τα πιο «εξελιγμένα» χημικά τα οποία εκλύονται κυρίως από τα βιομηχανικά επεξεργασμένα προϊόντα. «Συγχρόνως»συνεχίζει ο καθηγητής «στοχεύουμε επίσης στις αλδεΰδεςφορμαλδεΰδες και ακεταλδεΰδες-και στους κυκλικούς υδρογονάνθρακεςβενζίνη και τολουόλιο. Τα υλικά που χρησιμοποιούμε,τα οξείδια μετάλλων δηλαδή,είναι σχετικά φθηνά και έχουν ήδη χρησιμοποιηθεί σε κάποιες μορφές τους ως αισθητήρες ρυπογόνων αερίων,αλλά με πιο περιορισμένες επιδόσεις και σε σχετικά υψηλές θερμοκρασίες,γεγονός που περιορίζει το εύρος των εφαρμογών τους».
Παράλληλα με την ανιχνευτική λειτουργία των αισθητήρων, άλλα νανοσωματίδια που θα εφαρμόζονται στους τοίχους και στις οροφές θα αναλαμβάνουν ενεργό ρόλο καθαρίζοντας την ατμόσφαιρα με τη διάσπαση των βλαβερών χημικών ενώσεων. Πρόκειται για μια λειτουργία που ονομάζεται φωτοκατάλυση και ως τώρα έχει χρησιμοποιηθεί με επιτυχία σε εξωτερικούς και ημι-εξωτερικούς χώρους. Η βάση της είναι καταλύτες από οξείδια του τιτανίου τα οποία ενεργοποιούνται με την υπεριώδη ακτινοβολία του ηλιακού φωτός και διασπούν μια σειρά ρύπους, με πρώτα τα οξείδια του αζώτου- γνωστά στη χημική ρυπογόνο ορολογία ως ΝΟΧ. Η πρόκληση για τους επιστήμονες είναι να επιτευχθεί η φωτοκατάλυση και με το τεχνητό φως των εσωτερικών χώρων απουσία υπεριώδους ακτινοβολίας. Οι έλληνες ερευνητές έχουν επιτύχει εδώ σημαντικά αποτελέσματα.

Φωτοκατάλυση σε κλειστούς χώρους

«Τα οξείδια του τιτανίου με την παρουσία φωτός λειτουργούν σαν καταλύτες που αποδομούν τους ρύπους, αλλά μέχρι στιγμής απαιτούν φωτισμό υψηλής ενέργειας, όπως η υπεριώδης περιοχή της ηλιακής ακτινοβολίας και οι περιοχές στα αριστερά άκρα του ορατού φάσματος του φωτός, δηλαδή στα μικρά μήκη κύματος, και αυτό δεν είναι κάτι καινούργιο»λέει ο κ. Κυριακίδης. «Το καινούργιο που κάνουμε εμείς είναι ότι δεν χρησιμοποιούμε φωτισμό που έχει υπεριώδη ακτινοβολία αλλά το τεχνητό φως. Το ενδιαφέρον είναι να φτιάξει κανείς φωτοκαταλύτες που να λειτουργούν σε περιοχές του ορατού φάσματος του φωτός, προς το κίτρινο και το πράσινο. Όσο πιο “δεξιά” στο φάσμα του φωτός πηγαίνει κανείς τόσο πιο καινοτόμο είναι το προϊόν. Και αυτό κάνουμε εδώ στο ΙΤΕ».
Οι καινοτομίες των ερευνητών του ΙΤΕ προέρχονται από τη μελέτη νέων οξειδίων του τιτανίου τα οποία δημιουργούνται με προσμείξεις μετάλλων και αμετάλλων στοιχείων που έχουν την ιδιότητα να απορροφούν ακτινοβολία και σε διαφορετικά μήκη κύματος από αυτά που ενεργοποιεί το υπεριώδες τμήμα του ηλιακού φωτός.«Είμαστε σε πολύ καλό δρόμο»επισημαίνει ο κ. Κυριακίδης. «Έχουμε κατορθώσει να δημιουργήσουμε τέτοιες νανοδομές σε μορφή σκόνης οι οποίες απορροφούν στο ορατό φάσμα και έχουν φωτοκαταλυτική δράση».



Οι έρευνες των ελλήνων ερευνητών διεξάγονται σε στενή συνεργασία με την Ιtalcementi. Η μεγάλη ιταλική τσιμεντοβιομηχανία, η οποία είναι και η πρώτη που έχει χρησιμοποιήσει «απορρυπαντικά» νανοσωματίδια στην άσφαλτο και στο τσιμέντο σε εξωτερικούς χώρους, προτίθεται να αξιοποιήσει το ελληνικό προϊόν σε μορφή νανοδομής σκόνης η οποία θα μπορεί να αναμειχθεί με τσιμέντο, με σοβά, με βαφές ή με άλλα υλικά που θα καλύπτουν μεγάλες επιφάνειες όπως οι τοίχοι και οι οροφές. Ετσι καθ΄ όλη τη διάρκεια της ημέρας, με φυσικό ή με τεχνητό φως, οι εσωτερικοί χώροι θα αποκτούν φωτοκαταλυτικές ιδιότητες και θα διασπούν τις επιβλαβείς ουσίες διατηρώντας την ατμόσφαιρα πιο καθαρή.

Η απόδοση των ελληνικών φωτοκαταλυτικών υλικών έχει ήδη αποδειχθεί με επιτυχία σε εργαστηριακό επίπεδο και το πέρασμά τους στη βιομηχανική παραγωγή αναμένεται σύντομα, μετά την κατοχύρωση των πνευματικών δικαιωμάτων που βρί σκεται αυτή την εποχή σε εξέλιξη. Τα υλικά του ΙΤΕ είναι όμως ήδη έτοιμα προς χρήση και επίδειξη στο κοινό και θα αποτελέσουν μία από τις τρεις πρωτοποριακές τεχνολογίες που θα παρουσιάσει το Clearup στην Κοπεγχάγη.

Μόνωση στον υπερθετικό

Η δεύτερη τεχνολογία που θα παρουσιαστεί στην έκθεση έχει ήδη κυκλοφορήσει στην αγορά και μάλιστα αποτέλεσε μια από τις τρεις υποψηφιότητες για το Γερμανικό Βραβείο του Μέλλοντος, το μεγαλύτερο τεχνολογικό βραβείο της Γερμανίας, για το 2009. Το Μicronal©ΡCΜ αντιπροσωπεύει μια νέα γενιά μονωτικών νανοϋλικών με εντυπωσιακές επιδόσεις. «Πρόκειται για θερμομονωτικά υλικά μιας τάξης μεγέθους- δηλαδή δέκα φορές- πιο μονωτικά από το ξύλο» εξηγεί ο κ. Κυριακίδης.

Τo Μicronal βασίζεται σε έναν συνδυασμό τεχνολογίας μόνωσης με χρήση κενού (VΙ- Vacuum Ιnsulation- και μιας νέας κατηγορίας υλικών που ονομάζονται ΡCΜ - Ρhase Change Μaterials ή Υλικά Αλλαγής Φάσης. Η κατασκευή τους είναι τέτοια ώστε να τους επιτρέπει να αλλάζουν φάση σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία και να γίνονται θερμικά περισσότερο μονωτικά ή αγώγιμα, ανάλογα με τις ανάγκες του κτιρίου.«Αυτή η αλλαγή»εξηγεί ο κ. Κυριακίδης«γίνεται σε μια θερμοκρασία πολύ ευνοϊκή για τη δημιουργία ευχάριστου περιβάλλοντος, στους 25-28 βαθμούς Κελσίου.Επάνω από τους 28 βαθμούς, όταν δηλαδή αρχίζει η δυσφορία, γίνονται περισσότερο μονωτικά για να κρατήσουν μακριά την εξωτερική ζέστη, κάτω από τους 25 βαθμούς αποδίδουν θερμότητα προσφέροντας έναν ομαλό τρόπο διαχείρισης της θερμοκρασίας στους εσωτερικούς χώρους. Περνώντας από την υγρή στη στερεά φάση λειτουργούν δηλαδή ως “δεξαμενές” κατακράτησης και απόδοσης θερμότητας».

Ως δομικά στοιχεία τα υλικά αυτά κατασκευάζονται από τη γερμανική εταιρεία Μaxit σε μορφή επιστρωμάτων τα οποία τοποθετούνται μέσα σε πανέλα VΙ. Ετσι μπορούν να χρησιμοποιηθούν στους τοίχους, στις οροφές, στα δάπεδα και σε οποιαδήποτε άλλη μεγάλη επιφάνεια ενός κτιρίου για να προσφέρουν θεαματική θερμομονωτική προστασία.«Αν μάλιστα συνδυαστούν με τις άλλες επιστρώσεις που προαναφέραμε,τις φωτοκαταλυτικές,δημιουργούν πανέλα μιας εντελώς καινούργιας μορφής που μπορούν να είναι ταυτοχρόνως μονωτικά,καταλυτικά και όχι μόνο» προσθέτει ο έλληνας καθηγητής.

Φως υπό έλεγχο

Τα άλλα νέα υλικά που θα δουν για πρώτη φορά οι επισκέπτες της έκθεσης της Κοπεγχάγης είναι μια νέα γενιά ηλεκτροχρωμικών μεμβρανών οι οποίες εφαρμόζονται στα τζάμια και, με μια μικρή τάση, επιτρέπουν τον έλεγχο της ηλιακής ακτινοβολίας που εισέρχεται στο κτίριο. Αυτό έχει διπλή λειτουργία: αφενός προσαρμόζει τον εσωτερικό φωτισμό στις εξωτερικές συνθήκες, μειώνοντας το έντονο φως του ήλιου ή αυξάνοντας τη φωτεινότητα όταν σουρουπώνει ή έχει συννεφιά, και αφετέρου συμπληρώνει τη μονωτική θωράκιση του κτιρίου κρατώντας μακριά τη θερμότητα ή παγιδεύοντάς την στους εσωτερικούς χώρους ανάλογα με τις ανάγκες.

«Σε πρώτη φάση»εξηγεί ο κ. Κυριακίδης «η τάση που χρησιμοποιούν τα ηλεκτροχρωμικα αυτά υλικά είναι εξωτερική, με μια μπαταρία. Αργότερα όμως θα έχουν ενσωματωμένα φωτοβολταϊκά συστήματα από αγώγιμα στρώματα οξειδίων μετάλλων που αναπτύσσονται στο ΙΤΕ». Οι ηλεκτροχρωμικές μεμβράνες, οι οποίες περιέχουν νανοσωματίδια με οξείδια του βολφραμίου και του νικελίου, έχουν αναπτυχθεί από το Πανεπιστήμιο της Ουψάλα στη Σουηδία και θα κυκλοφορήσουν στην αγορά από την επίσης σουηδική εταιρεία Εletrochromics, τεχνοβλαστό (spinoff) του ίδιου πανεπιστημίου.

Ένα άλλο μέλημα του Clear-up, στο οποίο όμως οι έρευνες δεν έχουν ακόμη προχωρήσει τόσο ώστε να επιδειχθούν αποτελέσματα στο κοινό, είναι η βελτίωση του φυσικού φωτισμού των κτιρίων. Οι μελέτες που έχουν γίνει έχουν δείξει ότι, κυρίως στους εργασιακούς χώρους, το τεχνητό φως χρησιμοποιείται ακόμη και κατά τη διάρκεια της ημέρας είτε επειδή ο φυσικός φωτισμός δεν είναι επαρκής είτε επειδή, για να μπορέσουν να εργαστούν στον ηλεκτρονικό υπολογιστή, οι εργαζόμενοι «κατεβάζουν» τα σκίαστρα των παραθύρων και ανάβουν το φως.

Η λύση που μελετούν οι επιστήμονες είναι η διοχέτευση της ηλιακής ακτινοβολίας στους εσωτερικούς χώρους με ειδικούς αγωγούς.«Ουσιαστικά» λέει ο κ. Κυριακίδης«η συσκότιση δημιουργεί την ανάγκη τεχνητού φωτός και προσπαθούμε,ας πούμε,να κάνουμε έναν ισοσκελισμό βάζοντας ειδικά κανάλια που θα οδηγούν τον εξωτερικό φυσικό φωτισμό μέσα στον χώρο στα σημεία όπου χρειάζεται.Αυτό σε συνδυασμό με τα ηλεκτροχρωμικά παράθυρα ελέγχει διπλά τον φωτισμό και τη θερμική διαχείριση των εσωτερικών χώρων».

Η έκθεση Βright Green Εxhibition/ CΟΡ15, στην οποία θα παρουσιαστεί το περίπτερο του Clear-up, διοργανώνεται το διήμερο 12 και 13 Δεκεμβρίου στο εκθεσιακό κέντρο Forum της Κοπεγχάγης ως παράλληλη εκδήλωση στο πλαίσιο της Διεθνούς Διάσκεψης του ΟΗΕ για την Κλιματική Αλλαγή που διεξάγεται στη δανέζικη πρωτεύουσα.

ΤΟ ΒΗΜΑ, 8/12/2009