El almacenamiento de energía material de cambio de fase juega un papel importante en la mejora de la eficiencia energética y la utilización de energía renovable. En los últimos años se han estudiado ampliamente los materiales de cambio de fase (PCM) para el almacenamiento de energía y la regulación térmica en equipos y edificios. Sin embargo, una gran proporción de los PCM se derivan de productos industriales basados en combustibles fósiles-como la cera de parafina, y los PCM en bruto enfrentan problemas que incluyen fugas y funcionalidad limitada. Para el envasado de PCM se suelen utilizar materiales de encapsulación como grafito expandido, grafeno y microcápsulas. La mayoría de estos materiales de encapsulación provienen de derivados del petróleo, caracterizados por procesos de preparación complejos, altos costos y una contaminación significativa.
Mientras tanto, la energía de biomasa representa entre el 10 % y el 14 % del consumo energético mundial, y constituye una importante fuente de energía mundial y una energía renovable con cero-carbono reconocida internacionalmente. Los materiales de biomasa presentan ventajas que incluyen una fuerte capacidad de adsorción, abundante disponibilidad, bajo costo y respeto al medio ambiente. Aprovechando los beneficios morfológicos-estabilizadores del carbón activado derivado de la biomasa-, los PCM fabricados pueden almacenar más energía térmica durante las transiciones de fase, manteniendo la temperatura ambiente dentro de un rango cómodo para lograr efectos de ahorro de energía-y reducción de emisiones-. En consecuencia, la exploración de materiales basados en biomasa-renovable y el desarrollo de PCM de origen biológico- representan tendencias futuras en la industria.
En cuanto a la selección de materiales, los materiales porosos de base biológica--con su bajo costo, compatibilidad ambiental y amplia aplicabilidad-pueden servir eficazmente como materiales de soporte para preparar PCM compuestos de base biológica-con forma-estables. La mayoría de los materiales de soporte para PCM compuestos se derivan de derivados del petróleo y enfrentan desafíos como procesos de preparación complejos, altos costos y fuerte contaminación. Dada la escasez de combustibles fósiles y las preocupaciones ambientales, los materiales de soporte de base biológica-, debido a su biodegradabilidad y renovabilidad, presentan una solución viable y una tendencia inevitable. Se pueden obtener abundantes materiales renovables de base biológica- de plantas, animales y microorganismos. Los materiales basados en estructuras bio-naturales facilitan la adsorción de PCM y simplifican la preparación de PCM compuestos de forma-estable. La plena utilización de recursos bio-se alinea con estrategias de desarrollo ecológico y sostenible.
Los materiales de base biológica-generalmente contienen fuentes ricas en carbono; mediante la carbonización y el procesamiento posterior, sus estructuras porosas se pueden reconfigurar. En los materiales de base biológica-con arquitecturas porosas interconectadas,-las redes de carbono reticuladas proporcionan vías térmicamente conductoras, mientras que las estructuras porosas ofrecen almacenamiento espacial para los PCM. El uso de materiales de base biológica-reduce hasta cierto punto la dependencia del petróleo.
Los materiales de soporte de biomasa se aplican ampliamente en la preparación de materiales funcionales porosos debido a su abundante disponibilidad, bajo costo, respeto al medio ambiente y renovabilidad. Los PCM de biomasa presentan ventajas como la no-toxicidad, la no-corrosividad y una excelente biocompatibilidad. Los PCM de biomasa compuestos demuestran procesos de preparación simples, rendimiento superior y regulación de temperatura controlable. Sin embargo, la investigación y el desarrollo actuales de materiales de biomasa siguen siendo insuficientes. Es imperativa la exploración continua de la biomasa y sus materiales derivados, junto con métodos novedosos para preparar PCM de biomasa porosa.
Perspectivas futuras:
A pesar de los logros en materiales compuestos de almacenamiento de energía de cambio de fase-aprovechando la abundante disponibilidad de materias primas de biomasa, el rendimiento superior de los PCM compuestos-derivados de biomasa y el amplio potencial de aplicación-persisten varios desafíos.
(1) Fugas durante las transiciones de fase sólida-líquida: se requiere una exploración proactiva de las propiedades latentes de la biomasa y sus derivados para identificar proporciones de composición óptimas y regular el comportamiento de transición de fase de los PCM de biomasa.
(2) Procesos de preparación complejos y altos costos: Se deben desarrollar métodos de preparación innovadores para PCM compuestos de base biológica-para agilizar los procesos y reducir los costos.
(3) Funcionalidad y rendimiento limitados: la investigación debería centrarse en adaptar los PCM de biomasa a diversos escenarios de aplicación, desarrollando variantes multifuncionales para mejorar la practicidad integral.
