Η αποθήκευση ενέργειας υλικών αλλαγής φάσης παίζει σημαντικό ρόλο στη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης και στη χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Τα τελευταία χρόνια, τα υλικά αλλαγής φάσης (PCM) για αποθήκευση ενέργειας και θερμική ρύθμιση σε εξοπλισμό και κτίρια έχουν μελετηθεί εκτενώς. Ωστόσο, ένα μεγάλο ποσοστό PCM προέρχεται από βιομηχανικά προϊόντα με βάση τα ορυκτά καύσιμα-όπως το κερί παραφίνης και τα ακατέργαστα PCM αντιμετωπίζουν προβλήματα όπως διαρροή και περιορισμένη λειτουργικότητα. Τα υλικά ενθυλάκωσης όπως ο διογκωμένος γραφίτης, το γραφένιο και οι μικροκάψουλες χρησιμοποιούνται συνήθως για τη συσκευασία PCM. Τα περισσότερα από αυτά τα υλικά ενθυλάκωσης προέρχονται από παράγωγα πετρελαίου, που χαρακτηρίζονται από πολύπλοκες διαδικασίες προετοιμασίας, υψηλό κόστος και σημαντική ρύπανση.
Εν τω μεταξύ, η ενέργεια από βιομάζα αντιπροσωπεύει το 10%–14% της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας, χρησιμεύοντας ως κύρια παγκόσμια πηγή ενέργειας και διεθνώς αναγνωρισμένη ανανεώσιμη ενέργεια μηδενικών-διοξειδίου του άνθρακα. Τα υλικά βιομάζας παρουσιάζουν πλεονεκτήματα όπως ισχυρή ικανότητα προσρόφησης, άφθονη διαθεσιμότητα, χαμηλό κόστος και φιλικότητα προς το περιβάλλον. Αξιοποιώντας τα μορφολογικά-σταθεροποιητικά οφέλη του ενεργού άνθρακα που προέρχεται από βιομάζα-, τα κατασκευασμένα PCM μπορούν να αποθηκεύσουν περισσότερη θερμική ενέργεια κατά τη μετάβαση φάσης, διατηρώντας τις θερμοκρασίες περιβάλλοντος σε ένα άνετο εύρος για να επιτύχουν αποτελέσματα-εξοικονόμησης και μείωσης εκπομπών{8}}ενέργειας. Κατά συνέπεια, η εξερεύνηση υλικών που βασίζονται σε ανανεώσιμες πηγές βιομάζας{10}}και η ανάπτυξη PCM με βιολογική{11}προέλευση αντιπροσωπεύουν μελλοντικές τάσεις στον κλάδο.
Όσον αφορά την επιλογή υλικών, τα βιολογικά-πορώδη υλικά-με το χαμηλό κόστος, τη συμβατότητα με το περιβάλλον και την ευρεία εφαρμογή τους-μπορούν να χρησιμεύσουν αποτελεσματικά ως υποστηρικτικά υλικά για την προετοιμασία{3}}σταθερών σύνθετων PCM με βάση το σχήμα-. Τα περισσότερα υποστηρικτικά υλικά για σύνθετα PCM προέρχονται από παράγωγα πετρελαίου, αντιμετωπίζοντας προκλήσεις όπως πολύπλοκες διαδικασίες προετοιμασίας, υψηλό κόστος και μεγάλη ρύπανση. Δεδομένης της σπανιότητας των ορυκτών καυσίμων και των περιβαλλοντικών ανησυχιών, τα υποστηρικτικά υλικά με βάση τα βιολογικά-, λόγω της βιοαποδομησιμότητας και της ανανεώσιμης τους ικανότητας, παρουσιάζουν μια βιώσιμη λύση και μια αναπόφευκτη τάση. Άφθονα ανανεώσιμα υλικά που βασίζονται σε βιολογικά-μπορεί να προέρχονται από φυτά, ζώα και μικροοργανισμούς. Υλικά που βασίζονται σε φυσικές βιο{11}}πορώδεις δομές διευκολύνουν την προσρόφηση PCM και απλοποιούν την προετοιμασία σχημάτων{12}}σταθερών σύνθετων PCM. Η πλήρης χρήση πόρων που βασίζονται σε βιολογικά{14}}εναρμονίζεται με πράσινες και βιώσιμες στρατηγικές ανάπτυξης.
Τα βιολογικά-υλικά περιέχουν γενικά πλούσιες πηγές άνθρακα. μέσω της ενανθράκωσης και περαιτέρω επεξεργασίας, οι πορώδεις δομές τους μπορούν να αναδιαμορφωθούν. Σε υλικά βασισμένα σε βιολογικά-με διασυνδεδεμένες πορώδεις αρχιτεκτονικές, τα δίκτυα διασταυρούμενων-διασυνδεδεμένων άνθρακα παρέχουν θερμικά αγώγιμα μονοπάτια, ενώ οι πορώδεις δομές προσφέρουν χωρική αποθήκευση για PCM. Η χρήση βιολογικών υλικών-μειώνει την εξάρτηση από το πετρέλαιο σε κάποιο βαθμό.
Τα υποστηρικτικά υλικά βιομάζας εφαρμόζονται ευρέως στην προετοιμασία πορωδών λειτουργικών υλικών λόγω της άφθονης διαθεσιμότητας, του χαμηλού κόστους, της φιλικότητας προς το περιβάλλον και της ανανεώσιμης ικανότητας. Τα PCM βιομάζας παρουσιάζουν πλεονεκτήματα όπως μη-τοξικότητα, μη-διαβρωτικότητα και εξαιρετική βιοσυμβατότητα. Τα σύνθετα PCM βιομάζας επιδεικνύουν απλές διαδικασίες προετοιμασίας, ανώτερη απόδοση και ελεγχόμενη ρύθμιση θερμοκρασίας. Ωστόσο, η τρέχουσα έρευνα και ανάπτυξη υλικών βιομάζας παραμένει ανεπαρκής. Η συνεχής εξερεύνηση της βιομάζας και των παραγώγων υλικών της, μαζί με νέες μεθόδους για την παρασκευή PCM από πορώδη βιομάζα είναι επιτακτική.
Μελλοντικές προοπτικές:
Παρά τα επιτεύγματα στα σύνθετα υλικά αποθήκευσης ενέργειας αλλαγής φάσης-που αξιοποιούν την άφθονη διαθεσιμότητα πρώτων υλών βιομάζας, η ανώτερη απόδοση των σύνθετων PCM που προέρχονται από βιομάζα-και η ευρεία δυνατότητα εφαρμογής-παραμένουν πολλές προκλήσεις.
(1) Διαρροή κατά τη διάρκεια μεταβάσεων στερεάς-υγρής φάσης: Απαιτείται προληπτική διερεύνηση των λανθάνοντων ιδιοτήτων της βιομάζας και των παραγώγων της για τον προσδιορισμό των βέλτιστων αναλογιών σύνθεσης και τη ρύθμιση της συμπεριφοράς μετάβασης φάσης των PCM βιομάζας.
(2) Πολύπλοκες διαδικασίες προετοιμασίας και υψηλό κόστος: Πρέπει να αναπτυχθούν καινοτόμες μέθοδοι προετοιμασίας για σύνθετα PCM που βασίζονται σε βιολογικά-για τον εξορθολογισμό των διαδικασιών και τη μείωση του κόστους.
(3) Περιορισμένη λειτουργικότητα και απόδοση: Η έρευνα θα πρέπει να επικεντρωθεί στην προσαρμογή των PCM βιομάζας για διαφορετικά σενάρια εφαρμογών, στην ανάπτυξη πολυλειτουργικών παραλλαγών για τη βελτίωση της συνολικής πρακτικότητας.
