אחסון אנרגיה חומרי שינוי שלב ממלא תפקיד משמעותי בשיפור היעילות האנרגטית וניצול אנרגיה מתחדשת. בשנים האחרונות, חומרים לשינוי שלב (PCM) לאחסון אנרגיה וויסות תרמי בציוד ובבניינים נחקרו בהרחבה. עם זאת, חלק גדול מה-PCM נגזר ממוצרים תעשייתיים המבוססים על דלק מאובנים-כגון שעוות פרפין, ו-PCM גולמי מתמודדים עם בעיות כולל דליפה ופונקציונליות מוגבלת. חומרי אנקפסולציה כגון גרפיט מורחב, גרפן ומיקרוקפסולות משמשים בדרך כלל לאריזת PCM. רוב חומרי העטיפה הללו מקורם בנגזרות נפט, המאופיינת בתהליכי הכנה מורכבים, בעלויות גבוהות וזיהום משמעותי.
בינתיים, אנרגיית ביומסה מהווה 10%-14% מצריכת האנרגיה העולמית, ומשמשת כמקור אנרגיה עולמי מרכזי ואנרגיה מתחדשת אפס-פחמן מוכרת בעולם. חומרי ביומסה מציגים יתרונות הכוללים יכולת ספיחה חזקה, זמינות בשפע, עלות נמוכה וידידותיות לסביבה. באמצעות מינוף המורפולוגיה-היתרונות המייצבים של פחמן פעיל המופק-מביומסה, PCMs מיוצרים יכולים לאחסן יותר אנרגיה תרמית במהלך מעברי פאזה, ולשמור על טמפרטורות סביבה בטווח נוח כדי להשיג השפעות הפחתת-אנרגיה ופליטת פליטה. כתוצאה מכך, חקר{10}}חומרים מבוססי ביו-מסה מתחדשת ופיתוח PCM{11}שמקוריים ביולוגיים מייצגים מגמות עתידיות בתעשייה.
בנוגע לבחירת חומרים, חומרים נקבוביים-ביולוגיים-עם העלות הנמוכה, התאימות הסביבתית והישימות הרחבה שלהם-יכולים לשמש ביעילות כחומרים תומכים להכנת PCMs מרוכבים-ביולוגיים יציבים-. רוב החומרים התומכים עבור PCMs מרוכבים מופקים מנגזרות נפט, העומדים בפני אתגרים כמו תהליכי הכנה מורכבים, עלויות גבוהות וזיהום כבד. בהתחשב במיעוט הדלקים המאובנים והדאגות הסביבתיות, חומרים תומכים מבוססי-ביו, בשל הפירוק הביולוגי וההתחדשות שלהם, מציגים פתרון בר-קיימא ומגמה בלתי נמנעת. ניתן להפיק חומרים מבוססי ביו-מתחדשים בשפע מצמחים, בעלי חיים ומיקרואורגניזמים. חומרים המבוססים על מבנים ביו-נקבוביים טבעיים מקלים על ספיחת PCM ומפשטים את ההכנה של PCMs מרוכבים בצורה-יציבים. ניצול מלא של משאבים מבוססי-ביולוגיים מתיישב עם אסטרטגיות פיתוח ירוק ובר-קיימא.
חומרים מבוססי-ביו מכילים בדרך כלל מקורות פחמן עשירים; באמצעות פחמול ועיבוד נוסף, ניתן להגדיר מחדש את המבנים הנקבוביים שלהם. בחומרים מבוססי- ביו עם ארכיטקטורות נקבוביות מקושרות, רשתות פחמן מקושרות- מספקות מסלולים מוליכים תרמית, בעוד שהמבנים הנקבוביים מציעים אחסון מרחבי עבור PCMs. השימוש בחומרים מבוססי-ביו מפחית במידה מסוימת את ההסתמכות על נפט.
חומרים תומכים ביומסה מיושמים באופן נרחב בהכנת חומרים פונקציונליים נקבוביים בשל זמינותם הרבה, עלותם הנמוכה, ידידותיות לסביבה ויכולת התחדשותם. PCMs ביומסה מציגים יתרונות כגון אי-רעילות, אי-קורוזיביות ותאימות ביולוגית מעולה. PCM ביומסה מרוכבת מדגימים תהליכי הכנה פשוטים, ביצועים מעולים וויסות טמפרטורה ניתנת לשליטה. עם זאת, המחקר והפיתוח הנוכחיים של חומרי ביומסה נותרו לא מספיקים. המשך חקירה של ביומסה והחומרים הנגזרים שלה, יחד עם שיטות חדשות להכנת PCM ביומסה נקבוביות הוא הכרחי.
סיכויי עתיד:
למרות הישגים בשינויים בשלבים מרוכבים של חומרי אחסון אנרגיה-ניצול הזמינות הרבה של חומרי גלם ביומסה, ביצועים מעולים של PCMs מרוכבים-מופקים ביומסה ופוטנציאל יישום רחב-עדיין נמשכים מספר אתגרים.
(1) דליפה במהלך מעברי פאזה נוזלית-: נדרשת חקירה יזומה של התכונות הסמויות של ביומסה ונגזרותיה כדי לזהות יחסי הרכב אופטימליים ולווסת את התנהגות מעבר הפאזות של PCMs ביומסה.
(2) תהליכי הכנה מורכבים ועלויות גבוהות: יש לפתח שיטות הכנה חדשניות עבור PCMs מרוכבים מבוססי ביו- כדי לייעל תהליכים ולהפחית עלויות.
(3) פונקציונליות וביצועים מוגבלים: המחקר צריך להתמקד בהתאמת PCMs ביומסה לתרחישי יישומים מגוונים, פיתוח גרסאות רב תכליתיות כדי לשפר את המעשיות המקיפה.
