They convert food waste into material that stores heat and improves thermal conductivity/Convierten residuos de comida en material que almacena calor y mejora la conductividad térmica
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A team of South Korean researchers from Yonsei University has created a composite material, in the form of a paper membrane, that can efficiently store heat and, moreover, improves the rate at which it can transfer that heat by 96%. It is a high-performance paper membrane with three key ingredients. First, mixed food waste is transformed into a porous carbon through a carbonization and chemical activation process. The result is a structure with an enormous surface area (323.1 m² per gram) filled with tiny pores.
Un equipo de investigadores surcoreanos de la Universidad Yonsei han creado un material compuesto, en forma de membrana de papel, que es capaz de almacenar calor de forma eficiente y, además, mejora la velocidad con la que puede transferir ese calor en un 96%. Es una membrana de papel de alto rendimiento con tres ingredientes clave. Primero se transforman residuos alimentarios mezclados en un carbón poroso mediante un proceso de carbonización y activación química . El resultado es una estructura con una enorme superficie (323.1 m² por gramo) llena de poros diminutos.
A phase-change material (PCM) is then created by introducing a compound called docosane (a paraffin) into the pores of the biochar. This material stores and releases heat when it melts and solidifies. Finally, a small amount of graphene (approximately 1% by weight) is added to create a network that conducts heat throughout the material. The process addresses two main problems with traditional PCMs: their low thermal conductivity (they cannot transfer heat quickly) and leakage when they melt.
Posteriormente se crea un material de cambio de fase (PCM) introduciendo en los poros del biochar un compuesto llamado docosano (una parafina). Este material es el encargado de almacenar y liberar calor cuando se funde y se solidifica. Finalmente se añade en una pequeña cantidad de grafeno (aproximadamente un 1% en peso) para crear una red que conduce el calor a través del material. El funcionamiento se basa en resolver dos problemas principales de los PCMs tradicionales, su baja conductividad térmica (no pueden transferir calor rápidamente) y las fugas cuando se funden.
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When the ambient temperature rises above 48.4 °C, docosane melts and absorbs a large amount of energy (latent heat) without the temperature rising significantly, acting as a thermal battery. Upon cooling, it solidifies and releases this stored heat. Graphene acts as a "highway" for heat through the material, solving the problem of the slow heat transfer of paraffins. This allows the system to "charge" and "discharge" energy much faster.
Cuando la temperatura ambiente sube por encima de los 48.4 °C, el docosano se funde y absorbe una gran cantidad de energía (calor latente) sin que la temperatura aumente mucho, actuando como una batería térmica. Al enfriarse, se solidifica y libera ese calor almacenado. El grafeno actúa como una "autopista" para el calor a través del material, resolviendo el problema de la lenta transferencia de calor de las parafinas. Esto permite que el sistema se "cargue" y "descargue" de energía mucho más rápido.
The porous structure of the biochar acts like a sponge, trapping the liquid docosan through capillary action and preventing it from escaping when it melts. The optimized membrane retained approximately 90% of its storage capacity after 1,000 heating and cooling cycles. Its primary application would be in building thermal management, particularly in energy recovery ventilation (ERV) systems. These systems ventilate the interior of a building by exchanging heat and humidity with the outgoing air, thus preventing energy loss.
La estructura porosa del biochar actúa como una esponja que atrapa el docosano líquido por fuerzas capilares, evitando que se escape cuando se funde. La membrana optimizada retuvo alrededor del 90% de su capacidad de almacenamiento tras 1.000 ciclos de calentamiento y enfriamiento. El principal campo de aplicación sería en la gestión térmica de edificios, especialmente en sistemas de ventilación con recuperación de energía (ERV). Estos sistemas ventilan el interior de un edificio intercambiando calor y humedad con el aire que sale, para no perder energía.
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This membrane not only exchanges heat but also temporarily stores it, smoothing heating and cooling demands and reducing the building's energy consumption. Despite being filled with the heat-storing compound, the membrane remains permeable to water vapor, which is crucial for preventing condensation and maintaining good indoor air quality. Furthermore, the process aligns with a circular economy strategy, as it gives a second life to food waste and reduces the need for graphene extracted from mines, which is more expensive and less sustainable.
Esta membrana no solo intercambia calor, sino que lo almacena temporalmente, suavizando las demandas de calefacción o refrigeración y reduciendo el consumo energético del edificio. A pesar de estar cargada con el compuesto que almacena calor, la membrana sigue siendo permeable al vapor de agua, lo que es crucial para evitar condensaciones y mantener una buena calidad del aire interior. Además, el proceso se enmarca en una estrategia de economía circular, ya que da una segunda vida a los residuos de comida y reduce la necesidad de grafeno extraído de minas, que es más caro y menos sostenible.
Unfortunately, it is still an experimental laboratory development and cannot currently be applied on an industrial scale. According to the researchers themselves, further studies are needed to assess production energy requirements and techno-economic performance before large-scale implementation can be considered. This means that the material has demonstrated great potential in the laboratory, but the process is not yet ready for manufacturing and use in real buildings. It is a fascinating innovation, but further research and development is needed before it can be applied to ventilation systems or building facades.
Lamentablemente, aún es un desarrollo experimental de laboratorio y no se puede aplicar a escala industrial actualmente. Según los propios investigadores, todavía se necesitan estudios futuros para evaluar los requisitos de energía de producción y el rendimiento técnico-económico, antes de considerar su implementación a gran escala. Esto significa que el material ha demostrado un gran potencial en el laboratorio, pero el proceso no está listo para ser fabricado y utilizado en edificios reales. Es una innovación fascinante, pero aún queda un camino de investigación y desarrollo para que llegue a aplicarse en sistemas de ventilación o fachadas de edificios.
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https://interestingengineering.com/energy/food-waste-biochar-membrane-stores-heat-buildings
Esto es genial, lograr un 96 % más de conductividad térmica usando solo un 1 % de grafeno muestra que la diferencia se nota en materiales de bajo coste. La superficie de 323 m² por gramo del biochar es impresionante para una membrana de papel. ¿Creen que pronto veremos estas membranas en envases de alimentos? 😊
Casi todas las noticias de este tipo son pruebas de laboratorio pero necesitan más tiempo pare verlas a escala industrial.
This is a brilliant case of converting rubbish into useable energy technique. Making porous carbon from organic waste, and then, using it in combination with phase-change substance along with a small proportion of graphene, could enable buildings to retain and save the heat and minimize waste generation. The 96% increase in thermal conductivity reported is remarkable. Following the further investigations, it would be possible to make it affordable and apply at the industry level.
mirá que la membrana de papel logra mejorar la conductividad térmica en un 96 %, eso me hizo pensá en el poder oculto del biochar; y con 323 m² por gramo de superficie, la capacidad de almacenamiento parece casi infinita. viví la idea de que un 1 % de grafeno puede cambiar todo el juego de los PCMs.
Queridos hermanos, al leer que la membrana logra incrementar la conductividad térmica en un 96 % gracias a solo un 1 % de grafeno, recuerdo cómo la Escritura nos habla de que lo pequeño puede ser usado por el Señor para grandes obras (Mateo 13:31‑32). En mi experiencia, transformar residuos de comida en una superficie de 323,1 m² por gramo nos enseña que incluso lo que consideramos desecho puede convertirse en herramienta de calor y vida para la comunidad. 🙏