Nach Angaben des US-Energieministeriums kann die Temperatur eines herkömmlichen dunklen Flachdachs an einem sonnigen Sommertag mittags 150 Grad Fahrenheit (65 Grad Celsius) erreichen . Diese Wärme erwärmt auch das Innere eines Gebäudes oder Hauses, was den Einsatz von Klimaanlagen erforderlich macht – ein Energieaufwand, der wiederum häufig die Verbrennung fossiler Brennstoffe in Kraftwerken erfordert, deren Emissionen zum Fortschreiten des Klimawandels beitragen. Es ist ein verwirrendes Problem, das leicht gelöst werden könnte, wenn wir nur Dächer hätten, die die Sonnenenergie zurück in den Himmel reflektieren, anstatt sie zu absorbieren.
Die weißeste Farbe, die je geschaffen wurde
Aus diesem Grund könnte sich die Entwicklung der weißesten Farbe, die jemals hergestellt wurde – eine „ultraweiße“ Formulierung, die bis zu 98,1 Prozent des Sonnenlichts reflektiert – als wirklich große Sache bei den Bemühungen erweisen, den Energieverbrauch zu senken und die Erwärmung unserer Erde zu bekämpfen Planet. Der Durchbruch wird in diesem Artikel beschrieben , der am 15. April 2021 in Applied Materials & Interfaces, einer Zeitschrift der American Chemical Society (ACS), veröffentlicht wurde.
„Diese Farbe reflektiert nicht nur den größten Teil des Sonnenlichts, um eine Überhitzung zu vermeiden, sondern kühlt sich selbst unter direkter Sonneneinstrahlung selbst kälter ab als die sie umgebende Luft“ , sagt Xiangyu Li , der Erstautor der Zeitung, per E-Mail. Er ist Postdoktorand am Massachusetts Institute of Technology, der während seines Studiums an der Graduate School in Purdue an dem Projekt gearbeitet hat. (Zu seinen Co-Autoren gehören Joseph Peoples , Peiyan Yao und der korrespondierende Autor Xiulin Ruan , ein Professor für Maschinenbau an der Purdue, der das Nanoscale Energy Transport and Conversion Laboratory der Universität leitet .)
„In gewisser Weise ist es praktisch eine Klimaanlage, die keinen Strom verbraucht“, sagt Li.
Die Farbe absorbiert nicht nur sehr wenig Energie aus dem Sonnenlicht, sondern gibt auch Wärmeenergie im Infrarotbereich zurück an die Atmosphäre ab, sodass sie von der Erde wegfliegt. „Beide Effekte tragen dazu bei, den Strom- oder Kühlbedarf zu senken“, sagt Li.
Seit den 1970er Jahren versuchten Forscher, Farben herzustellen, die zur passiven Kühlung verwendet werden könnten, aber die meisten von ihnen hätten zu viel Sonnenlicht absorbiert, sodass sie tagsüber keine Kühlwirkung entfalteten, erklärt Li. In den letzten Jahren haben Wissenschaftler auch exotische Technologien zur Herstellung lichtreflektierender Oberflächen wie mehrschichtige nanostrukturierte Filme erforscht, aber diese Lösungen sind laut Li tendenziell teuer und nicht leicht auf Gebäude skalierbar.
Das brachte die Forscher wieder auf den Gedanken, dass der beste Ansatz „in Form eines Partikel-Polymer-Verbundwerkstoffs liegt, der kommerziellen Farben ähnelt“, erklärt Li.
Gewöhnliche weiße Farbe ist nicht weiß genug, um bei der passiven Kühlung viel zu helfen – sie reflektiert nur 80 bis 90 Prozent des Sonnenlichts und wird tatsächlich wärmer, wenn sie ultraviolettes Licht absorbiert. Also bestand die Aufgabe darin, einen Weg zu finden, weiße Farbe noch weißer zu machen. Und das stellte sich als Herausforderung heraus.
„Wir haben zuerst mehrere Materialien mit hoher Elektronenbandlücke ausprobiert, um Sonnenabsorption zu vermeiden“, sagt Li. „Allerdings erschienen die Farben aufgrund der mangelnden Fähigkeit, Sonnenlicht zu reflektieren, bei geringer Dicke oft halbtransparent Nachdem wir diese beiden Ansätze umgesetzt hatten, sahen wir, dass die Farblösung im Vergleich zu früheren Versuchen weißer erschien."
Wie Li in einer Pressemitteilung von Purdue erklärte , untersuchten die Forscher „verschiedene kommerzielle Produkte, im Grunde alles, was weiß ist“. Schließlich „haben wir festgestellt, dass man mit Bariumsulfat Dinge theoretisch wirklich, wirklich reflektierend machen kann, was bedeutet, dass sie wirklich, wirklich weiß sind.“
Vielleicht haben Sie schon einmal von Bariumsulfat gehört. Es ist das Zeug, das medizinische Patienten in Form von Getränken oder Tabletten einnehmen, um die Speiseröhre, den Magen und den Darm zu beschichten, wenn sie sich einer Röntgenuntersuchung oder einem CT-Scan unterziehen, damit Ärzte erkrankte oder beschädigte Bereiche deutlicher sehen können, so MedlinePlus . Als Inhaltsstoff für Farben, stellt Li fest, ist es bereits weit verbreitet und sicher für Mensch und Umwelt.
Die Forscher verwendeten verschiedene Größen von Bariumsulfatpartikeln in der Farbe, wodurch die Farbe einen größeren Teil des Spektrums streuen konnte.
Sie mussten auch sicherstellen, dass die Farbe im Freien lange genug hält, um zum Streichen von Dächern geeignet zu sein. „Wir haben die Abriebfestigkeit, eine dreiwöchige Bewitterung im Freien und einen Wasserspültest getestet“, erklärt Li. „Alle drei zeigten bei ersten Haltbarkeitstests vielversprechende Ergebnisse. Wir haben auch die Viskosität getestet, und die Farben lassen sich sehr ähnlich wie handelsübliche Farben streichen und trocknen. Sie können auch auf ähnliche Weise hergestellt werden. Bei dieser Arbeit haben wir nicht nur eins erreicht Farbe, die der handelsüblichen Farbe überlegen ist, aber auch keine spezielle Ausrüstung oder Materialien benötigt, um die Farbe herzustellen, zu transportieren oder aufzutragen."
Ultraweiße Farbe sieht normaler weißer Farbe ziemlich ähnlich, da der Unterschied im Reflexionsvermögen, obwohl er in Bezug auf die Kühlung signifikant ist, für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar ist. „In der Zeitung haben wir ein Foto von beiden Farben, die fast identisch aussehen“, sagt Li.
Der nächste Schritt in der Forschung besteht darin, die Farbe für eine langfristige Haltbarkeit unter verschiedenen Wetterbedingungen zu optimieren. Es gibt noch kein Zieldatum für die Marktreife, suchen Sie also noch nicht im örtlichen Baumarkt danach.
Nun, das ist interessant
Das Gegenteil von Ultra-Weiß könnte Vantablack sein , der Markenname für eine Art superschwarze Beschichtung, die weniger als 1 Prozent des Lichts reflektiert und von einer englischen Firma namens Surrey NanoSystems entwickelt wurde .
