オーストリアのグラーツ工科大学（TU Graz）の研究者たちは、3Dプリント技術を使って作られたセラミックキューブを開発しました。このキューブは、電力なしで空気を冷却することができます。これらのキューブは蒸発冷却の原理を利用しており、水分が多孔質のセラミックに吸収されると蒸発し、周囲の空気から熱を吸収します。暑い屋根裏部屋で行われたテストでは、単一の水を充填したキューブの周囲の温度が瞬時に約7°C（約12.6°F）低下しました。このプロジェクトはTU Grazの建築とメディア研究所から生まれたもので、研究者のミレナ・スタブリックは、これは古代の物理学が現代の製造方法によって再び活力を得た例だと述べています。
陶器や伝統的な風塔は数世紀にわたり蒸発冷却技術を使用してきましたが、現在では3Dプリント技術により、この効果を最大化する幾何学的形状の設計が可能になりました。
3Dプリントセラミックキューブの幾何学的設計
各キューブの辺の長さは約23センチメートルで、デジタルデザインを用いて陶土の混合物からプリントされています。プリントされた陶土は低温で焼成され、高度に多孔質な材料が作られます。鍵となるのはその幾何学的形状です。研究チームはTPMS構造、すなわち三重周期的最小表面設計を使用しました。この設計は非常に大きな表面積を提供しながら、使用する材料は非常に少なくて済みます。水は毛細管現象によって多孔質のセラミックに入り込み、複雑な幾何学的形状の中で均等に拡散し、その大きな表面上で蒸発を続けることで、周囲の空気から熱を抽出します。スタブリックは、「この原理は陶器や伝統的な風塔で数世紀にわたり機能してきました。」と指摘しています。
ここでの重要な技術的進歩は、3Dプリントを利用することで、陶土の混合物から高度に複雑で多孔質かつ機能的に最適化された幾何学的形状を作成できるようになったことです。」
バイオマテリアルによる冷却効果の向上
チームはさらに、プロセスにバイオマテリアルを取り入れることで性能を向上させました。プリント前に、真菌培養物と木くずを陶土に混ぜ込みます。キューブの焼成中に、真菌の菌糸ネットワークが材料内で成長し、最終的に焼成プロセス中に真菌と木くずが燃え尽き、微視的および巨視的な孔の密なネットワークが残ります。水はこれらの孔を通じてより容易に拡散し、冷却効果をさらに改善します。研究チームはまた、オーストリアのノイジードル湖の湖底の堆積物を利用することも試みています。この浅水湖は、泥の蓄積を防ぐために定期的に浚渫が必要であり、現在、抽出された堆積物のほとんどは廃棄されています。
TU Grazの研究者たちは、これらの堆積物が3Dプリントセラミック冷却部品の原材料として利用できると考えています。
屋根裏のテストで顕著な冷却効果を示す
TU Grazで行われた制御実験では、キューブの冷却効果が直接測定されました。研究者たちは、水を充填したキューブを暑い屋根裏に置き、周囲の温度を監視しました。キューブの周囲の空気温度は約12.6°F低下しました。クリスティジャン・リストスキは、「冷却効果は部屋全体で非常に明らかです。」と述べています。彼は修士論文で、キューブと水源を冷却壁に統合する方法を探求しました。現在、TU Grazのキャンパス・ノイエ・テクニックには、2メートル×2メートル（約6.6フィート×6.6フィート）のデモ壁があり、一般の人々がその効果を体験できるようになっています。もう一つの展示はグラーツの感知博物館にあります。
電力や冷媒を必要としない冷却ソリューション
空調システムは大量のエネルギーを消費し、環境に熱を放出します。これにより都市のヒートアイランド効果が悪化します。一方、セラミック蒸発冷却システムはこれらの問題を引き起こしません。このシステムは水と自然の気流だけを必要とします。スタブリックは、「私たちの目標は、高温で特に苦しんでいる人々に冷却を提供することです。」と述べています。「私たちはエネルギーを消費する空調技術ではなく、自然の冷却原理に依存しています。」これらのキューブの設計は、住宅やオフィスビル、学校、公共スペース、待機エリアに適用可能で、屋内外の空気の中で機能します。このような受動的冷却システムは、木々が大量に成長できない密集した都市において、低コストで低影響な代替手段を提供します。