エアロゲルとは何か、なぜ断熱材に適しているのか?

はじめに

建物のエネルギー効率は、その断熱材の品質と大きく関係しています。たとえ最高級の窓やENERGY STAR準拠の空調システムを導入していても、建物の効率はそれを取り巻く材料によって決まります。

エアロジェルは、空気ダクト、パイプ、その他の建築要素の断熱に使用できるユニークな材料です。エアロジェルは1931年にSamuel Stevens Kistlerによって初めて開発されましたが、エアロジェルが商業的に使用できるようになったのは1990年代になってからです。現在でも、エアロジェルは市場で最も効果的な断熱材の1つです。エアロジェルとその断熱材としての用途についてもっと知りたい方は、以下の記事を読み進めてください。ここでは、その内容をご紹介します。

エアロゲルとは?

エアロゲルは、固体と液体が同時に存在する合成材料である。エアロジェル自体は、ゲルを凍らせて乾燥させたもので、ガラス(あるいはグラスファイバーなどの一般的な断熱材料)の数百分の一の低密度の固体となる。その見た目から「凍った煙」とも呼ばれ、見たこともないようなものです。

エアロゲルは、その特性から「固体煙」とも呼ばれ、空気を閉じ込めることができるため、住宅や建物の断熱材として最適です。特に、高い建物の上や山腹にあるため、これらの構造物から離れた場所に比べて強い風が吹き抜けることがあります。

エアロジェルは世界で最も軽い固体として評価されている。しかし、エアロゲル材料の製造はかなり難しい。正確な温度と圧力、高い表面積が要求される。エアロゲルは断熱材として理想的な材料である。

エアロゲルが断熱材として優れている理由とは?

エアロジェルは、ガラスの一種であるシリカゲルを超臨界乾燥という工程を経て作られる合成物質です。合成物質とはいえ、天然素材から作られているため、天然物質とみなされます。

エアロゲル

エアロジェルは本当に実用化されているのか?

エアロジェルは優れた断熱材ですが、完璧ではありません。例えば、冬は暖房、夏は冷房が必要な家を建てる場合、エアロジェルの断熱材だけでは、快適な住まいを維持することはできません。むしろ、数種類の断熱材を併用することを考えましょう。エアロジェルは、他の種類の断熱材を置き換えることはできません。ガラス繊維やセルロース系製品など、他の材料を含む全体的なシステムの一部として最も効果的に機能します。

その他に考慮すべきことは、気候や立地条件です。フェニックスのように一年中暑い地域では、エアロジェルの上にスプレーフォームのような別の断熱材を追加して、その時期に家の中が暑くなりすぎないようにすることを検討したほうがよいでしょう。

エアロジェルはどのように作られるのですか?

エアロゲルは、1931年以来、超臨界乾燥と呼ばれるプロセスから生産されている合成材料である。このプロセスでは、ゲルから水を抽出し、固体として残す。このようにして得られた材料は、ゲルのような粘性を持ち、断熱材として使用することができる。

エアロジェルは、高いR値を持ち、軽量で毒性がないため、配管やダクトの断熱材として理想的な選択肢かもしれません。

エアロジェルは、高いR値を持ち、軽量で毒性がないため、配管やダクトの断熱材として理想的な選択肢かもしれません。エアロジェルは、軽量で毒性がなく、非常に高いR値(熱抵抗の尺度)を持つ高断熱材料です。また、優れた消音効果もあり、防音材、電子機器の断熱材、コンピューターサーバーの熱管理、食品保存用の乾燥剤カートリッジ/パック、難燃材など、さまざまな用途に使用できる。

エアロゲル断熱材の長所

  • 高いR値 エアロジェルは、断熱性の指標となるR値が高いのが特徴です。R値が高いほど、ご家庭やオフィスの断熱効果が高くなります。
  • 軽量です。エアロジェルは非常に軽量で施工が簡単なため、配管やダクトのような、スペースに余裕がない場所での断熱に最適です。また、とても軽いので、他の断熱材では重すぎるような場所(天井など)にもエアロジェルを使用することができます。
  • 毒性はありません。あなたやあなたの家族にとって安全な選択肢がたくさんある今日、なぜエアロジェルのような環境にやさしい製品の使用を検討しないのでしょうか?エアロジェルは無毒で、ペットや子供(そして人間にも!)にも安全です。また、他の材料のように時間が経っても敏感な肌を刺激することはありません。
  • エアロジェルは、施工が簡単なので、「大工さん」のような専門的なサービスにあまりお金をかけずに、早く効果を出したいDIYerに最適です。

エアロジェルと他の絶縁体との比較

エアロジェルは、高いR値を持ちながら軽量であるため、最も優れた断熱材の一つである。

エアロジェルは、微細な格子構造により非常に開放的な構造を持ち、密度が非常に低いため、空気を抵抗なく(スポンジのように)通過させることができます。その高いR値により、エアロジェルは冬の保温や夏の遮熱に優れた断熱材となる。また、エアロゲルは通常のガラス断熱材よりも熱伝導率が高いため、より多くの熱を通すことができます(閉じ込める熱量は少なくなります)。この特性により、エアロジェルは、日中は太陽光を遮り、夜間は外が暗くても自然光を取り入れたい窓や天窓に最適です。

エアロゲルの潜在的な用途

エアロゲルの応用はまだ始まったばかりですが、ここでは日常生活での応用例をいくつかご紹介します。

  • 家庭の断熱材 エアロジェルは、羊毛や綿などの従来の断熱材料の代わりとして使用することができます。エアロジェルはとても軽いので、かさの密度が非常に低く、同じ厚さの他の断熱材料よりも高い断熱性を発揮します。つまり、エアロジェルは家庭やオフィスビルの中で場所を取らず、かつ十分な暖かさを提供し、快適な室内環境を保つことができるのです
  • 工業用消火器。すでに消防士は、台所の油汚れや電気系統の故障などの小さな火災を消火するために、嫌気性炭酸ガス泡消火器を使っている(ただし、このタイプの消火器は化学火災には効果がない)。この泡消火液にエアロジェルを混ぜると、電子レンジやコンロなどの小型家電から冷蔵庫などの大型家電、さらには逃げようとして近づいた人まで、あらゆる熱源から熱を吸収することができる。この仕組みを使えば、消防士はより大規模な火災にも、自分たちの命を危険にさらすことなく対処できるようになる......。

エアロジェルはどのように作られるのですか?

エアロゲルは、まずゲルを採取し、超臨界状態にすることで作られる。このプロセスでは、ゲルは非常に高い圧力と温度にさらされ、ゲル内のガス分子が膨張する。この膨張により、ゲル内に小さな孔ができ、エアロゲルは空気分子を閉じ込めることができる。カーボンエアロゲルは、超臨界プロセスでゲルに二酸化炭素を添加することによって作られる。

エアロゲル断熱材の長所

エアロゲル断熱材は、エアロゲルという非常に密度が低く、熱伝導率が高い材料の一種を原料としています。また、水を吸収しない疎水性という性質も持っています。エアロゲル断熱材は最も軽い断熱材であり、その物理的特性から優れた断熱材といえます。住宅から自動車まで、あらゆるものの断熱に使用でき、暑いときには涼しく、寒いときには暖かくする効果があります。

エアロゲルの潜在的な用途

エアロゲルは、家庭の内外を問わず、さまざまな用途に活用できる可能性がある。例えば、エアロジェルは優れた断熱材であるため、家や建物を冬は暖かく、夏は涼しく保つために利用することができる。さらに、エアロジェルはNASAの火星探査機にも使用され、極端な温度変化から探査機を守るのに役立っています。さらに、エアロジェルの毛布は、低体温症に苦しむ人々の保温にも使用され、成功を収めている。

エアロゲル断熱

エアロジェル・フレキシブル・インシュレーション・ブランケット

エアロゲル断熱材を使用した柔軟な断熱ブランケットです。メラミンフォームなどの発泡体の構造上に埋め込まれている。エアロゲル断熱材は、シリカ、アルミナ、ジルコニアなど、さまざまな材料から作られています。

エアロゲルに対するフォームの最も大きな利点は、作るのが簡単なことだ。発泡体は、ポリマーが固化する際にガスを導入することで形成できるが、エアロゲルは超臨界乾燥(ゲルの中に液体のCO2を押し込む方法)によって作られる。

エアロゲルは発泡体に比べて製造が非常に難しい。発泡体はポリマーが固まるときにガスを加えて作ることができるが、エアロゲルは液体のCO2を用いて乾燥させる超臨界乾燥によって作られる。

結論

エアロジェルは、多くの用途が期待できる魅力的な新材料です。NASAのスペースシャトルの断熱材として使用されているほか、高いR値を持ち、軽量で毒性がないため、パイプやダクトの断熱材として理想的かもしれません。この材料の長期的な有効性についてはさらなる研究が必要だが、試してみる価値は十分にありそうだ。

コメントする

メールアドレスが公開されることはありません。 が付いている欄は必須項目です

お困りですか? チャットで相談する