از آیروژل چه می‌دانیم؟

ندا اظهریخبرنگار

ناترازی انرژی در ماه‌های گذشته نگرانی‌های زیادی را ایجاد کرده و قطعی مکرر برق و آب مردم را سردرگم کرد. مشکلی که تقریباً چالش هرساله کشور به ویژه در فصول گرم سال تبدیل شده است. فناوری‌هایی که امروز در دنیا تولید می‌شوند، راهکار‌های مناسبی برای رفع این قبیل چالش‌ها به شمار ‌می‌روند که معمولاً هزینه‌های بالایی را به خود اختصاص می‌دهند اما وقتی فناوری‌های های‌تک و برتر دنیا در داخل کشور و با تلاش محققان و فناوران ایرانی تولید می‌شوند، فرصتی طلایی را برای صنایع فراهم می‌کنند تا بتوانند از این قبیل فناوری‌ها برای کاهش و بهینه‌سازی مصرف انرژی استفاده کنند.
شرکت دانش‌بنیان «پاکان آتیه نانودانش» به عنوان نخستین شرکت در منطقه، توانسته فناوری عایق‌های آیروژل را بومی‌سازی کند.  این شرکت تولیدکننده عایق‌های حرارتی و برودتی پیشرفته آیروژل است. عایق‌های آیروژل نسل جدید این عایق‌ها هستند که با فناوری نانو تولید شده و به دلیل استفاده بیش از اندازه سوخت‌های فسیلی، مشکلات جهانی از قبیل گرمایش جهانی، آتش‌سوزی، خشکسالی، طوفان‌های شدید، آلودگی هوا و غبار و خاک ایجاد شده است. استفاده از این عایق در صنعت و ساختمان، دلیل اصلی توسعه تصاعدی این عایق‌ها در دنیا به شمار می‌رود. به کار بردن این عایق‌ها در صنایع، بهینه‌سازی مصرف سوخت را به همراه دارند. عایق‌های سنتی از خطرات و نکات منفی قابل توجهی برخوردار بوده‌اند و به همین دلیل، عایق‌های نسل جدیدی موسوم به عایق‌های آیروژل تقریباً با تمام عایق‌های سنتی جایگزین شده‌اند. به عبارتی، مهم‌ترین دلیل استفاده از عایق‌های آیروژل، مزایای متعدد آن‌ها در صنایع است. 

آیروژل به چه کار می‌آید؟ 

آیروژل، سبک‌ترین ماده جامد دنیاست که از یک ژل به دست می‌آید و در عین وزن بسیار کمی که دارد، قدرت بسیار بالایی داشته و به عنوان عایق‌های حرارتی و حتی صوتی در ساختمان‌ها و صنایع از آن استفاده می‌کنند. بهره‌گیری از این فناوری، قادر است کاهش اتلاف انرژی را به حداکثر خود برساند. این ماده روی هر سطحی که قرار گیرد، به آن خاصیت عایق بودن می‌دهد. طاهر یوسفی امیری، بنیان‌گذار و عضو هیئت مدیره شرکت دانش‌بنیان «پاکان آتیه نانودانش» در تشریح عایق‌های آیروژل و عملکرد آن‌ها گفت: «ژلی را تصور کنید که بخواهیم بدون به هم ریختن ساختار ژل، مچاله شدن یا دچار شکست یا فروپاشی شدن، مایع داخل آن را خارج کنیم. با موفقیت در این کار، می‌توان گفت که به آیروژل آن ژل دسترسی پیداکرده‌ایم. نقطه حیاتی تولید آیروژل‌ها، خارج کردن حلال داخل آنهاست به گونه‌ای که ساختار آن حفظ شود.» 

ساختار‌های نانویی؛ مهم‌ترین دلیل این عایق تجاری

او ادامه داد: «حفرات ایجاد شده در ژل اولیه‌ای که حاصل می‌شود، از ساختار نانویی برخوردارند و درواقع، نانو بودن این حفرات است که به این ژل، قابلیت نانویی می‌دهد. درواقع، گویی هوایی وجود دارد که دورتادور آن، دیواره نازک جامد کشیده شده است. 95 درصد از ماده آیروژل را حفره‌های داخلی تشکیل داده و تنها 5 درصد ماده جامد است. امکان عبور جریان گاز و هوا از این حفره‌های نانومتری وجود ندارد و درواقع، لوله‌های نانومتری، سیال قابلیت عبور نداشته و امکان جابه‌جایی حرارت را ندارد. از طرفی هم، جامدی وجود ندارد که از طریق آن، انتقال گرما صورت گیرد.
درحقیقت، در اینجا خاصیت نانو است که این ویژگی را برای محصول ایجاد کرده و تولید قوی‌ترین عایق تجاری را در دنیا امکان‌پذیر کرده است. با این روش، ما آیروژل خالص تولید می‌کنیم. این آیروژل را به هر چیزی اضافه کنیم، خاصیت حرارتی آن بستر را بهبود می‌دهد. آیروژل خالص، بعد از پودر شدن قابلیت افزوده شدن به رنگ، گچ یا سیمان را پیدا می‌کند. تمام این محصولات در دنیا تجاری‌سازی شده و در قالب برند‌های مختلف در کشور‌های متعدد مورد استفاده تجاری و صنعتی قرار گرفته است.» 

3 محصول اصلی آیروژل در کشور

این شرکت دانش‌بنیان فعالیت خود را از حدود 19 سال پیش آغاز کرد که از این مدت، 7 تا 8 سال آن صرف تحقیق و توسعه محصول شد؛ سه سال نیز تولید پایلوت این محصول به طول انجامید. 7 تا 8 سال گذشته هم سه محصول بلنکت‌های آیروژل، هواژل و گرانول‌های آیروژل تولید شد. بلنکت‌های آیروژل درواقع، پتو‌های اولیه‌ای با ضخامت 6 تا 12 میلی‌متر هستند که مانند پشم شیشه برای عایق‌بندی لوله‌ها و زیرکار ساختمان‌ها به کار ‌می‌روند. روش ساخت آیروژل این گونه است که ابتدا یک محلول وجود دارد که تبدیل به ژل و سپس این ژل تبدیل به آیروژل می‌شود. در مرحله اولیه، محلول اولیه به این بلنکت‌ها افزوده می‌شود و درواقع بلنکت‌ها داخل این محلول خیسانده می‌شود. این محلول که قرار است تبدیل به آیروژل شود، کاملاً این پتو را احاطه کرده و پوشش داده است. درواقع، ژل داخل حفره‌های پتو تشکیل می‌شود. 
نوع دوم این محصولات، گرانول‌های آیروژل هستند که فرم خالص عایق آیروژل غیرمتخلخل بوده و هم به عنوان افزودنی و هم به عنوان پُرکن در فضا‌هایی که قابلیت پر کردن فضا داشته باشند مانند فضا‌های بین دو سازه، در صنایع مختلف به کار می‌رود. این محصول، پتانسیل بسیار بالایی برای صادرات دارد. سومین محصول این شرکت هم عایق‌های هواژل هستند که به نوعی، پودر حاصل از گرانول‌های آیروژل هستند که در داخل رزین حل شده و مانند رنگ، با ضخامت 0.5 تا 2 میلی‌متر روی دیوار یا هر سطح نظیر دیوار‌ها، پشت بام، نمای ساختمان، موتورخانه‌ها و خطوط لوله سرد و گرم مانند کانال‌های کولر آبی اسپری می‌شود که هم عملکرد قوی و هم ماندگاری بالایی دارد. نکته‌ای که برگزین اشاره کرد این است که ضخامت بیشتر عایق الزامی بر عملکرد بهتر آن نیست بلکه حدود 70 درصد کارایی عایق در 2 تا 4 میلی‌متر اول عایق ایجاد می‌شود. 

امکان کنترل اتلاف 40 درصدی انرژی در صنایع

کشور ما در کنار گرمایش جهانی، با مشکل ناترازی انرژی بسیار شدیدی هم روبه‌روست که دلیل اصلی آن، مصرف بی‌رویه انرژی و به عبارتی، عدم بهینه‌سازی مصرف انرژی است یا به عبارتی، شدت انرژی برای تولید محصول چند برابر متوسط دنیاست. به عنوان مثال اگر تصور کنید در دنیا یک واحد انرژی برای تولید محصول استفاده می‌شود، در ایران بین 5 تا 7 واحد انرژی مورد استفاده قرار می‌گیرد که همین بالا بودن مصرف انرژی است که باعث شده کشور در وضعیت ناترازی بیش از حد قرار گیرد. مهم‌ترین دلیل حجم بالای مصرف انرژی را نیز می‌توان عدم شناخت و استفاده از عایق کاری درست ساختمان‌ها دانست.  حسن برگزین، یکی از مؤسسان و مدیرعامل شرکت دانش بنیان «پاکان آتیه نانودانش» درباره میزان اتلاف انرژی در کشور عنوان کرد: «حدود 40 درصد مصرف انرژی در داخل در سوله‌های صنایع اتفاق می‌افتد اما عملاً ساختمان سوله‌ای در کشور ما عایق کاری نشده و کم‌تر شاهد استفاده از پشم سنگ در این قبیل سازه‌ها هستیم. ماحصل این سهل‌انگاری هم ایجاد مشکل کشور برای گرمایش در زمستان و سرمایش در تابستان با کمبود برق و انرژی روبه‌رو می‌شویم. معمولاً راندمان نیروگاه‌های ما در کشور پایین است و بخشی از آن به دلیل عدم عایق کاری سازه‌های برمی‌گردد. صنایع نفت و گاز و پتروشیمی به شدت در زمینه عایق و عایق کاری ضعیف عمل کرده‌اند که دلیل اصلی آن، ارزان بودن انرژی در کشور و نداشتن فرهنگ استفاده بهینه از انرژی برای ما جا نیافتاده است.» 
به گفته او، مهم‌ترین چالش جدی که در کشور در مواجهه با بحران‌ها و ناترازی‌های انرژی وجود دارد، ارائه و اجرای راهکار‌هایی است که اغلب مسیر‌هایی طی می‌شود که اغلب به نفع کشور تمام نمی‌شود. به عنوان مثال، در ناترازی انرژی، اصل سرمایه‌گذاری کشور صرف راه‌اندازی نیروگاه خورشیدی یا نیروگاه بادی شده است. درواقع، کشور به جای کاهش اتلاف انرژی، به سمت افزایش تولید انرژی به منظور جبران کمبود انرژی رفته است. بهره‌مندی از این فناوری‌ها در جایی می‌تواند مؤثر باشد که ما به عنوان کشور تولیدکننده این فناوری‌ها بخواهیم آن را در کشور توسعه دهیم ولی در جایی که ما تولیدکننده پنل‌های خورشیدی نیستیم، تمام پنل‌ها وارداتی است و در قبال بهره‌مندی از این فناوری، ارز زیادی از کشور خارج می‌شود. زمین‌های بسیار بزرگی برای راه‌اندازی این پنل‌ها موردنیاز است که اغلب فاصله زیادی تا شهر‌ها دارند، نیاز به باتری برای ذخیره‌سازی انرژی داشته و مستلزم سرمایه‌گذاری کلان دولتی است که اصلاً بودجه‌ای برای آن وجود ندارد. 

5 برابر ارزان‌تر از نمونه‌های آمریکایی تولید می‌کنیم

این محصول هایتک است و دانش فنی آن را در اختیار کشوری قرار نمی‌دهند تا به صورت صنعتی آن را تولید کنند. نخستین مزیت محصول این است که دانش فنی بومی برای تولید محصول در داخل کشور ایجاد شده است. روش تولید هم به‌گونه‌ای است که بهترین مدل آیروژل براساس آن تولید می‌شود. به گفته مدیر این شرکت دانش‌بنیان، آیروژل‌ها به دو روش دما پایین و دما بالا تولید می‌شوند. تولید دما پایین، از لحاظ ایمنی و فرایند تولید راحت‌تر است اما مشکل اینجاست که به دلیل متخلخل بودن این ماده، تحت دمای بالا دچار انقباض و ذوب شده و 10 تا 15 درصد کارایی خود را از دست می‌دهند. تولید این ماده با روش دمابالا تولید می‌شود که از نظر تولید دشوارتر است اما کیفیت پایدار و بالاتری دارد. در روش تولید ما درصد آیروژلی که در بلنکت‌های محصول ما لود می‌شود بالاتر از نمونه آمریکایی آن است. 
برگزین با اشاره به اثربخشی بالای عایق‌ها تأکید کرد: «عایق که راهکار نخست کشور‌های دنیا برای حل مشکل گرمایش است، مبلغی که قرار است صرف تأمین این عایق‌ها شود، از محل ذخیره انرژی ای ذخیره می‌شود که وارد محیط شده است. استفاده از عایق در منازل مسکونی، علاوه بر اینکه مصرف آب و برق را کاهش می‌دهد همچنین سبب می‌شود عایق را مصرف‌کننده نهایی مورد استفاده قرار دهد و دولت قرار نیست هزینه یا سوبسیدی ارائه دهد. از دیگر مزایای عایق هم می‌توان به استفاده همزمان از عایق‌ها استفاده کرد. این در حالی است که راه‌اندازی نیروگاه خورشیدی ممکن است بین دو تا چهار سال زمان نیاز داشته باشد که برگشت ارزش سرمایه آن حدود 15 سال است اما این برگشت هزینه در فرایند عایق‌کاری به‌ویژه در صنایع انرژی‌بر مانند پتروشیمی کمتر از دو ماه است. بلنکت‌های آیروژل در مقایسه با عایق‌های مرسومی که استفاده می‌شوند، مزیت‌های متعددی دارد. طول عمر این عایق‌ها بسیار بالاتر است؛ آب‌گریز بوده و با توجه به اینکه آیروژل هرگز جاذب رطوبت نیست، فرایند انتقال حرارت را نیز قطع می‌کند. همچنین عایق‌های سنتی به‌راحتی ریزش پیدا می‌کنند اما این عایق‌ها مشابه موکت بوده و از لحاظ کششی و استحکام مکانیکی بسیار قوی است و استحکام بالایی دارند و به مرور زمان تخریب نمی‌شوند و حتی بعد از انجام تعمیرات و اصلاحات لازم روی عایق، بار دیگر قابلیت مونتاژ و استفاده را دارند. 
به گفته مدیر این شرکت دانش‌بنیان محصولات این شرکت به‌شدت ضد آب است بوده اما محصولات سنتی جاذب رطوبتند. از این رو، به لحاظ مکانیکی بسیار طول عمر بالاتری دارند و مهم‌ترین نکته این است که مقدار انرژی‌ای که صرف تولید این محصول می‌شود بسیار پایین و برگشت انرژی بسیار بالاتر است. در حال حاضر، گاز طبیعی برای صنایع پتروشیمی به ازای هر متر مربع 10 هزار تومان شده و با عایق نکردن هر متر مربع، سالانه حدود 100 میلیون تومان برای آن‌ها هزینه در پی دارد درحالی‌که استفاده از عایق‌های آیروژل در نهایت حدود 5 تا 6 میلیون هزینه ایجاد می‌کند.  به گفته او یکی دیگر از مزیت‌های عایق‌های آیروژل، این است که حتی با قرار گرفتن مستقیم روی شعله، بدون انتقال حرارت به دست عایق مستحکمی را در برابر حرارت ایجاد می‌کند بنابراین، در ساختمان‌های مناطق جنوبی و گرم کشور می‌توان با عایق‌کاری با عایق‌های آیروژل، با کاهش جذب گرما، میزان استفاده از کولر‌های آبی و گازی را به حداقل رساند. هزینه عایق‌کاری با آیروژل به ازای هر مترمربع 300 تا 350 هزار تومان هزینه دارد.»  او ادامه داد: «از دیگر ویژگی‌های عایق‌های آیروژل می‌توان گفت که بازده دمایی منفی 200 درجه سیلسیوس تا مثبت 650 درجه را پوشش می‌دهد. عایق‌های آیروژل بلافاصله بعد از نصب و به صورت 24 ساعته فرایند کاهش مصرف انرژی را در ساختمان، سازه یا صنایع آغاز کرده و در مصرف انرژی صرفه‌جویی می‌کنند. عایق‌های آیروژل تا 97 درصد راندمان انرژی دارند. آمریکا یکی از اصلی‌ترین تولیدکنندگان عایق‌های آیروژل در دنیاست که با قیمتی به مراتب بالاتر از نمونه داخلی فروخته می‌شود. اما به گفته برگزین، محصولاتی که ما تولید می‌کنیم، بین 4 تا 5 برابر ارزان‌تر از نمونه‌های استاندارد آمریکایی به فروش می‌رسند که یکی از جنبه‌های رقابتی برای این محصول به شمار می‌رود.» 

عایق‌های جدید رودرروی عایق‌های سنتی

از معروف‌ترین عایق‌های سنتی که در کشور مورد استفاده قرار می‌گیرند، پشم سنگ و پشم شیشه است که نرخ صرفه‌جویی انرژی در تمام این عایق‌های سنتی، منفی است. به این معنی که میزان انرژی و آلودگی ناشی از تولید آن‌ها، بیشتر از میزان صرفه‌جویی انرژی است. از این رو به عایق‌های جدیدتری نیاز است تا بتواند در بهینه‌سازی مصرف انرژی مؤثرتر عمل کند. مدیرعامل این شرکت با بیان تفاوت‌های میان عایق‌های سنتی و نوین، بیان کرد: «معمولاً رطوبت، ریزش عایق‌ها، افتادگی و کاهش کارایی، جزء مهم‌ترین نقاط ضعف عایق‌های سنتی محسوب می‌شود اما عایق‌های آیروژل ضدآب بوده و از نظر مکانیکی عملکرد بهتری داشته و طول عمری بین 20 تا 50 سال دارند و کارکرد و عملکرد آن‌ها به مراتب 6 برابر قوی‌تر است. این عایق‌ها، فضای خاصی را اشغال نمی‌کند و درمجموع از مزایایی برخوردارند که می‌تواند مشکل ناترازی انرژی را در کشور حل کند. درواقع، تولید عایق‌های سنتی از مزایایی که قرار است برای کشور داشته باشد، به مراتب بیشتر است.» 

عایق‌های آیروژلی چگونه در صرفه‌جویی انرژی نقش‌آفرینی می‌کنند؟ 

این مدیر دانش‌بنیان درباره وضعیت اقتصادی صنایع پتروشیمی بیان کرد: «قیمت هر متر مکعب گاز سوختنی پتروشیمی‌ها از حدود 12 هزار تومان در فروردین سال گذشته به بیش از 8 هزار تومان رسیده است بنابراین، هر پتروشیمی به طور میانگین سالانه تنها 3 تا 4 هزار میلیارد تومان صرف تولید گاز سوختنی می‌کند. در این میان، بهره‌مندی از عایق‌های آیروژل در این صنعت طی یک یا دو ماه می‌تواند این هزینه‌ها را جبران کند.» 
او ادامه داد: «بیش از 60 درصد سرمایش منازل مسکونی در تابستان به دنبال جذب گرمای خورشید توسط مصالح ساختمانی اتفاق می‌افتد نه گرمای هوای بیرونی و درنتیجه، این حرارت به طور مستقیم به داخل منتقل می‌شود. تنها پوشش یک میلی‌متری نمای ساختمان با عایق‌های آیروژل می‌تواند تا 80 درصد از تابش نور خورشید جلوگیری کند.» 

نخستین کشور منطقه در دستیابی به عایق‌های آیروژل هستیم

برگزین با تأکید به این نکته که فناوری عایق‌های آیروژل در اختیار هر کشوری نیست، عنوان کرد: «کشور‌های پیشرفته‌ای وجود دارند که قادر به تولید صنعتی این عایق‌ها نیستند و تنها 7 تا 8 کشور هستند که این امکان را در اختیار دارند و ما هم در سال‌های اخیر موفق شده‌ایم به این فناوری دست پیدا کرده و به طور صنعتی آن را تولید کنیم و جزء این معدود کشور‌های صاحب این تکنولوژی باشیم. درواقع، ما تنها شرکت در داخل کشور و نخستین کشور منطقه و حتی آسیای شرقی هستیم که به این فناوری دسترسی پیدا کرده‌ایم.»