بازدهی بالای انرژی ساختمانها با سیکلوپنتان
High Energy Efficiency of Buildings with Cyclopentane
برگردان: مهندس شبنم عزالدین
عایقبندی یک موضوع اصلی در صنعت ساختمان است – ارائه بازدهی انرژی بالاتر، ایجاد صرفهجویی در هزینه و کمک به تعادل بهتر آب و هوایی. برای دستیابی به این هدف، استفاده از عایقهایی با خواص عایقبندی ویژه مورد نیاز است. سیکلوپنتان به عنوان یک عامل اسفنجیکننده در اسفنجهای عایق به اهداف بهرهوری انرژی مرتبط با قرارداد سبز اروپا کمک میکند.
جامعه و سیاره ما دستخوش دگرگونیهایی هستند که از زمان انقلاب صنعتی بیش از صد و پنجاه سال پیش تاکنون شاهد آن نبودهایم. بهرهوری انرژی هدفی است که به وضوح برای همه تعریف شده است. اخیرا، کمیسیون اروپا برنامه «Fit for 55» خود را مجددا اجرایی کرده و نقشه راهی برای دستیابی به خنثیسازی وضعیت آب و هوا (climate-neutral) در اتحادیه اروپا تا سال 2050، با هدف کاهش انتشار گازهای گلخانهای به 55 درصد تا سال 2030 ارائه کرده است. این هدف افزایش قابل توجهی در مقایسه با هدف قبلی کاهش 40 درصدی است و تاثیر قابل توجهی بر نحوه زندگی و تجارت در اتحادیه اروپا خواهد داشت.
یکی از سنگ بناهای سیاست اتحادیه اروپا برای مبارزه با تغییرات آب و هوایی و کاهش مقرون به صرفه انتشار گازهای گلخانه ای، سامانه تجارت انتشار گازهای گلخانهای اتحادیه اروپا (EU Emission Trading System، ETS) است که در ابتدا در سال 2005 معرفی شد. از آن زمان، شرکتهای صنعتی انرژی بر، بخش برق و هوانوردی تجاری در منطقه اقتصادی اروپا مجبور به ارائه کمک هزینه برای پوششدهی برنامههای انتشار CO2 خود شدهاند. شرکتها به صورت سالانه کمک هزینههایی دریافت میکنند که در طول زمان کاهش مییابد و هرگونه کسری بودجه باید با ایجاد جریمه برای انتشار کربن و کاهش مجموع آلایندهها تامین شود. با این حال، برای دستیابی به اهداف اقلیمی اتحادیه اروپا تحت قرارداد سبز اروپا، کمیسیون اروپا در نظر دارد جاه طلبی ETS موجود اتحادیه اروپا را افزایش دهد تا کمک هزینه رایگان را کاهش داده و نرخ کاهش انتشار را در سالهای آینده به طور قابل توجهی افزایش دهد. این امر منجر به نوآوری پایدار و راهحلهایی برای صرفهجویی بیشتر در انرژی نه تنها در ساخت و ساز و ساختمان، بلکه در سراسر جامعه میشود.
افزایش بهرهوری انرژی در ساختمانها
صنعت ساختمان یکی از بخشهای حیاتی در گذار به خنثیسازی آب و هوایی حیاتی است. در حال حاضر، ساختمانها 40 درصد از مصرف انرژی اتحادیه اروپا و حدود 36 درصد از انتشار گازهای گلخانهای اروپا را تشکیل میدهند. هیچ بخش دیگری در اتحادیه اروپا بیشتر از صنعت ساختمان مصرف انرژی و انتشار CO2 ندارد. از آنجایی که بیشتر ساختمانهایی که در سال 2050 اشغال خواهیم کرد قبلا ساخته شدهاند، چالش اصلی این است که این ساختمانهای موجود را بازسازی کنیم تا از نظر انرژی و نشر کربن کارآمدتر شوند.
گزینههای مختلفی برای کمک به تکامل محیط ساخته شده در اروپا به سمت آیندهای خنثی، چرخشی و زیست پایدار در دسترس است. یکی از راههای افزایش بهرهوری انرژی ساختمانها، اطمینان از عایق بندی مناسب است. مواد مختلفی برای عایقبندی موجود است که در آن عوامل اسفنجی کننده نقش مهمی ایفا میکنند.
پلی استایرن انبساطی (EPS): ماده عایق اسفنج سخت، از استایرن، یک هیدروکربن آروماتیک، ساخته شده است. استایرن به صورت صنعتی به بسپار پلیاستایرن تبدیل می شود. گونه انبساطی پلیاستایرن (اسفنج EPS) در کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار میگیرد. از طرف دیگر، پلی استایرن را میتوان به صورت تختههای عایق فراورش نمود که XPS نامیده
میشود. پلی استایرن اسفنجی یک عایق گرمایی متداول با خواصی نظیر فراورش اسان، ارزان، مقاوم در برابر فشار و سبک است.
اسفنج پلییورتان سخت (PU): پلییورتان از دو ماده اولیه دیایزوسیانات و پلیال تشکیل شده است. بسته به دی ایزوسیانات و پلیال مورد استفاده، میتوان اسفنجهای سخت یا اسفنجهای انعطافپذیر تولید کرد. اسفنج سخت PU دارای خواص عایق گرمایی بسیار خوبی است که اجازه میدهد لایه عایق نازکتر گردد. اسفنج سخت PU مانند پلی استایرن انبساطی، بادوام و مقاوم در برابر فشار است.
پنتان – یک جزء کلیدی برای عایقبندی کارآمد
فرایند اسفنجش معمولا شامل عوامل اسفنجیکننده يا پفزا است که به مواد خواص مورد نظر را میدهند. سه نوع پنتان به صورت تجاری به عنوان عوامل اسفنجیکننده استفاده میشوند که عبارتند از:
نرمال پنتان (n-pentane)، ایزوپنتان (iso-pentane) و سیکلوپنتان (cyclopentane).
خواص آنها به عنوان عوامل پفزا و به عنوان عایق گرمایی آنها را به یک ماده پایه با ارزش برای اسفنجهای PU و EPS تبدیل میکند. به دلیل ویژگیهای بومشناختی (ecological) خوب آنها با تخریب لایه ازون صفر (Ozone Depletion، ODP) و پتانسیل کم گرمایش جهانی (Global Warming Potential، GWP)، و همچنین ویژگی آنها به عنوان رسانای کم گرمایی (در مورد سیکلوپنتان)، این عوامل پفزا سهم مهمی در بهرهوری بالاتر انرژی دارند. بنابراین استفاده از آنها در صنعت ساختمان به کاهش انتشار گازهای گلخانهای کمک میکند. پنتانها با مقررات جهانی حفاظت از لایه ازون پوشن سپهری (stratospheric ozone layer) (پوشن سپهر یا stratosphere لایهای از هواسپهر است که تا پنجاه کیلومتری زمین ادامه دارد و دومین لایه بزرگ جو است. افزایش تدریجی دما یکی از ویژگیهای آن است. یکی دیگر از ویژگیهای آن میزان به نسبت زیاد گاز ازون بوده و ازون نیز در این لایه تشکیل میشود، مترجم) مطابقت دارند که از سال 1987 به صورت بینالمللی در قرارداد مونترال تثبیت شده است.
همپارهای (isomer) پنتان مورد استفاده تجاری مشتمل بر n-pentane، iso-pentane و cyclopentane دارای مزایای متفاوتی هستند. معمولا پنتانها بهعنوان مخلوطی از دو یا حتی هر سه همپار استفاده میشوند که اجازه میدهند خواص بهطور بهینه برای استفاده مورد نظر تنظیم شوند. در اسفنج پلییورتان (PU)، پنتانها به صورت گاز سلولی باقی میمانند. این گاز سلولی رسانایی گرمایی کمتری نسبت به هوای محیط دارد و به خواص عایق¬بندی اسفنج میافزاید. این برخلاف اسفنج استایرن است که یک اسفنج سلول باز است. اسفنج پلیاستایرن فقط برای پفکردن به پنتان نیاز دارد، زیرا کیفیت عایق ناشی از پلی استایرن (PS) و خود اسفنج است و نه از عامل اسفنجیکننده.
سیکلوپنتان باارزشترین پنتان است زیرا به میزان بیشتری نسبت به ایزوپنتان و نرمال پنتان به خواص عایق اسفنجي پلییورتان (PU) یا پلی ایزوسیانورات (PIR) کمک میکند. اگرچه مواد پایه پلییورتان نسبت به پلی استایرن (PS) گرانتر هستند، اسفنج PU دارای مزایایی چون لایه عایق نازکتر از اسفنج PS و انعطافپذیری بیشتر است.
ایزوپنتان کمترین نقطه جوش را در میان همپارهای پنتان دارا بوده و پس از آن نرمال پنتان است. به دنبال آن است. این پنتانها بیشتر برای اسفتجیکردن پلی استایرن (PS) استفاده میشوند. با توجه به خواص فیزیکی بسپار و عامل اسفنجیکننده، تمامی مواد اسفنجیکننده پس از تولید به سرعت از اسفنج پلیاستایرن تبخیر میشوند.
Carless به عنوان تنها شرکتی در اروپا که هر سه نوع پنتان را تولید میکند، در موقعیتی است که ترکیبات پنتان سفارشی را در هر نسبت اختلاط عرضه میکند و به تولیدکنندگان مواد عایق اجازه میدهد تا محصول پنتان بهینه را برای کاربرد خود دریافت کنند. این شرکت چندین دهه تجربه در تولید پنتان دارد.
این محصولات در Speyer آلمان، با خلوص حداقل 95 درصد تولید می¬شوند که عمده نیازهای صنعت را برآورده میسازند. برای پاسخگویی به تقاضای رو به رشد بازار برای سیکلوپنتان و برای پاسخ به کمبود این ماده اولیه مورد تقاضا،
Haltermann Carless در حال حاضر در حال سرمایه گذاری در یک کارخانه هیدروژن افزایی (Hydrogenation) جدید در محل تولید واقع در Speyer است. با راه اندازی در سه ماهه اول 2022، این شرکت شیمیایی به طور قابل توجهی ظرفیت¬های جدیدی را به بازار جهانی ارائه داده و به بزرگ¬ترین تولید کننده سیکلوپنتان در سراسر جهان تبدیل گردیده است.
چشمانداز
پتانسیل بازدهی انرژی قابل توجه در صنعت ساختمان را میتوان از طریق عایقبندی بهتر باز کرد. بنابراین، نوسازی
ساختمانهای اتحادیه اروپا برای هدف خنثاسازي وضع آب و هوا مهم است. سیکلوپنتانها برای عملکرد عایقبندی مواد عایق مدرن اساسی هستند. آنها سهم مهمی در بهرهوری بیشتر انرژی در ساختمانها دارند و در نتیجه از محیط ساخته شده اروپا برای تکامل به سمت آیندهای زیستپایدار و خنثی از آب و هوا حمایت میکنند.
منبع:
Henning Boeckemeier, “High Energy Efficiency of Buildings with Cyclopentane”, POLYURETHANE MAGAZINE