L'emmagatzematge d'energia dels materials de canvi de fase té un paper important en la millora de l'eficiència energètica i l'ús d'energies renovables. En els últims anys, s'han estudiat àmpliament els materials de canvi de fase (PCM) per a l'emmagatzematge d'energia i la regulació tèrmica en equips i edificis. Tanmateix, una gran proporció dels PCM es deriven de productes industrials basats en combustibles fòssils-com ara la cera de parafina, i els PCM en brut s'enfronten a problemes com ara fuites i una funcionalitat limitada. Els materials d'encapsulació com ara el grafit expandit, el grafè i les microcàpsules s'utilitzen normalment per a l'envasament de PCM. La majoria d'aquests materials d'encapsulació provenen de derivats del petroli, caracteritzats per processos de preparació complexos, costos elevats i contaminació important.
Mentrestant, l'energia de la biomassa representa entre el 10% i el 14% del consum mundial d'energia, i és una font d'energia global important i una energia renovable de zero-carboni reconeguda internacionalment. Els materials de biomassa presenten avantatges, com ara una forta capacitat d'adsorció, abundant disponibilitat, baix cost i respectuós amb el medi ambient. Aprofitant els beneficis -estabilitzadors de la morfologia del carbó activat-derivat de la biomassa, els PCM fabricats poden emmagatzemar més energia tèrmica durant les transicions de fase, mantenint la temperatura ambient dins d'un rang còmode per aconseguir efectes d'estalvi-energètic i de reducció-d'emissions. En conseqüència, l'exploració de materials basats en biomassa-renovables i el desenvolupament de PCM d'origen-bio representen les tendències futures del sector.
Pel que fa a la selecció de materials, els materials porosos bio-basats en bio-amb el seu baix cost, compatibilitat amb el medi ambient i àmplia aplicabilitat-poden servir eficaçment com a materials de suport per preparar PCM composts basats en bio-forma-estables. La majoria dels materials de suport per als PCM compostos es deriven de derivats del petroli, i s'enfronten a reptes com processos de preparació complexos, costos elevats i contaminació intensa. Donada l'escassetat de combustibles fòssils i les preocupacions mediambientals, els materials de suport basats en bio-, a causa de la seva biodegradabilitat i renovabilitat, presenten una solució viable i una tendència inevitable. Es poden obtenir abundants materials bio-renovables de plantes, animals i microorganismes. Els materials basats en estructures bio-poroses naturals faciliten l'adsorció de PCM i simplifiquen la preparació de PCM compostos-de forma estable. Utilitzar plenament els recursos bio-s'alinea amb les estratègies de desenvolupament ecològic i sostenible.
Els materials bio-generalment contenen fonts de carboni riques; mitjançant la carbonització i el processament posterior, es poden reconfigurar les seves estructures poroses. En materials de base bio-amb arquitectures poroses interconnectades, les xarxes de carboni-creuades proporcionen vies conductores tèrmicament, mentre que les estructures poroses ofereixen emmagatzematge espacial per als PCM. L'ús de materials bio-redueix fins a cert punt la dependència del petroli.
Els materials de suport de biomassa s'apliquen àmpliament en la preparació de materials funcionals porosos a causa de la seva abundant disponibilitat, baix cost, respectuós amb el medi ambient i renovabilitat. Els PCM de biomassa presenten avantatges com ara la no-toxicitat, la no-corrosivitat i una excel·lent biocompatibilitat. Els PCM de biomassa composta demostren processos de preparació senzills, un rendiment superior i una regulació de temperatura controlable. Tanmateix, la recerca i el desenvolupament actuals de materials de biomassa segueixen sent insuficients. És imprescindible l'exploració continuada de la biomassa i els seus materials derivats, juntament amb nous mètodes per preparar PCM de biomassa porosa.
Perspectives de futur:
Malgrat els èxits en materials d'emmagatzematge d'energia de canvi de fase compostes-aprofitant l'abundant disponibilitat de matèries primeres de biomassa, un rendiment superior dels PCM composts derivats de la biomassa- i un ampli potencial d'aplicació-persisten diversos reptes.
(1) Fuga durant les transicions de fase sòlida-líquida: es requereix una exploració proactiva de les propietats latents de la biomassa i els seus derivats per identificar relacions de composició òptimes i regular el comportament de transició de fase dels PCM de biomassa.
(2) Processos de preparació complexos i costos elevats: s'han de desenvolupar mètodes innovadors de preparació per a PCM compostos basats en bio-per racionalitzar els processos i reduir costos.
(3) Funcionalitat i rendiment limitats: la investigació s'ha de centrar en adaptar els PCM de biomassa per a diversos escenaris d'aplicació, desenvolupant variants multifuncionals per millorar la pràctica integral.
