Według Departamentu Energii USA w południe w słoneczny letni dzień temperatura konwencjonalnego ciemnego płaskiego dachu może osiągnąć 150 stopni Fahrenheita (65 stopni Celsjusza) . Ciepło to ogrzeje również wnętrze budynku lub domu, powodując konieczność korzystania z klimatyzacji – co z kolei często wymaga spalania paliw kopalnych w elektrowniach, których emisje przyczyniają się do postępu zmian klimatycznych. To przykry problem, który można by łatwo rozwiązać, gdybyśmy mieli tylko dachy, które odbijały energię słoneczną z powrotem do nieba, zamiast ją pochłaniać.
Najbielsza farba, jaką kiedykolwiek stworzono
Właśnie dlatego opracowanie przez naukowców najbielszej farby, jaką kiedykolwiek stworzono — „ultrabiałej” formuły, która odbija do 98,1 procent światła słonecznego — może okazać się naprawdę dużym wyzwaniem w wysiłkach na rzecz zmniejszenia zużycia energii i walki z ociepleniem naszego planeta. Przełom jest szczegółowo opisany w tym artykule , opublikowanym 15 kwietnia 2021 r. w czasopiśmie Applied Materials & Interfaces, American Chemical Society (ACS).
„Ta farba nie tylko odbija większość światła słonecznego, aby uniknąć przegrzania, ale także chłodzi się chłodniej niż otaczające ją powietrze, nawet w bezpośrednim świetle słonecznym” , mówi Xiangyu Li , pierwszy autor artykułu. Jest badaczem podoktoranckim w Massachusetts Institute of Technology, który pracował nad projektem podczas studiów podyplomowych w Purdue. (Jego współautorami są Joseph Peoples , Peiyan Yao i korespondent Xiulin Ruan , profesor inżynierii mechanicznej w Purdue, który kieruje uniwersyteckim laboratorium transportu i konwersji energii w nanoskali ).
„W pewnym sensie jest to faktycznie klimatyzator bez zużywania energii elektrycznej” – mówi Li.
Farba nie tylko pochłania bardzo mało energii ze światła słonecznego, ale także emituje energię cieplną w zakresie podczerwieni z powrotem do atmosfery, dzięki czemu przemieszcza się na zewnątrz Ziemi. „Oba efekty pomagają zmniejszyć zapotrzebowanie na energię elektryczną lub chłodzenie” – mówi Li.
Naukowcy próbowali tworzyć farby, które mogłyby być używane do pasywnego chłodzenia od lat 70., ale większość z nich pochłaniała zbyt dużo światła słonecznego, więc nie zapewniają żadnego efektu chłodzenia w ciągu dnia, wyjaśnia Li. W ostatnich latach naukowcy badali również egzotyczne technologie tworzenia powierzchni odbijających światło, takie jak wielowarstwowe folie nanostrukturalne, ale według Li rozwiązania te wydają się być drogie i niełatwo skalowalne do budynków.
To skłoniło naukowców do myślenia, że najlepszym podejściem jest „stosowanie kompozytu cząsteczkowo-polimerowego, który jest podobny do komercyjnej farby” – wyjaśnia Li.
Zwykła biała farba nie jest wystarczająco biała, aby pomóc w pasywnym chłodzeniu — odbija tylko 80 do 90 procent światła słonecznego i faktycznie nagrzewa się dzięki pochłanianiu światła ultrafioletowego. Tak więc zadaniem stało się znalezienie sposobu, aby biała farba była jeszcze bielsza. A to okazało się wyzwaniem.
„Najpierw wypróbowaliśmy wiele materiałów z dużą przerwą energetyczną elektronów, aby uniknąć absorpcji słonecznej” – mówi Li. „Jednak farby często wydawały się półprzezroczyste przy małej grubości ze względu na brak zdolności do odbijania światła słonecznego. Podczas naszych wcześniejszych badań nad farbami komercyjnymi i modelowaniem teoretycznym stwierdziliśmy, że korzystne jest zarówno wysokie stężenie, jak i szeroki rozkład wielkości cząstek. wdrożyliśmy te dwa podejścia, zauważyliśmy, że rozwiązanie farby wydaje się bielsze w porównaniu z poprzednimi próbami”.
Jak wyjaśnił Li w komunikacie prasowym Purdue , naukowcy przyjrzeli się „różnym produktom komercyjnym, w zasadzie wszystkim, co jest białe”. W końcu „odkryliśmy, że używając siarczanu baru, można teoretycznie sprawić, że rzeczy będą naprawdę, naprawdę odblaskowe, co oznacza, że są naprawdę, naprawdę białe”.
Być może słyszałeś już o siarczanie baru. Według MedlinePlus są to rzeczy, które pacjenci medyczni przyjmują w postaci napojów lub tabletek, aby pokryć przełyk, żołądek i jelita podczas badania rentgenowskiego lub tomografii komputerowej, aby lekarze mogli wyraźniej zobaczyć chore lub uszkodzone obszary . Li zauważa, że jako składnik farb jest już powszechnie dostępny i bezpieczny dla ludzi i środowiska.
Naukowcy zastosowali w farbie cząsteczki siarczanu baru o różnych rozmiarach , co umożliwiło farbie rozproszenie większej ilości widma.
Musieli również upewnić się, że farba wytrzyma na zewnątrz wystarczająco długo, aby nadawała się do malowania dachów. „Przetestowaliśmy odporność na ścieranie, trzytygodniowe warunki atmosferyczne na zewnątrz i test spłukiwania wodą” – wyjaśnia Li. „Wszystkie trzy wykazały obiecujące wyniki jako wstępne testy wytrzymałościowe. Przetestowaliśmy również lepkość, a farby można szczotkować i suszyć bardzo podobnie do farb komercyjnych. Można je również wytwarzać w podobny sposób. W tej pracy nie tylko osiągnęliśmy farby, która jest lepsza od farby komercyjnej, ale również nie wymaga specjalistycznego sprzętu ani materiałów do produkcji, transportu lub nakładania farby.”
Ultra-biała farba wygląda bardzo podobnie do zwykłej białej farby, ponieważ różnica w współczynniku odbicia, choć znacząca pod względem chłodzenia, jest niezauważalna dla ludzkich oczu. „W gazecie mamy zdjęcie obu farb, które wyglądają prawie identycznie” – mówi Li.
Kolejnym krokiem w badaniach jest optymalizacja farby pod kątem długoterminowej trwałości w różnych warunkach pogodowych. Nie ma jeszcze docelowej daty, aby był gotowy do wprowadzenia na rynek, więc nie szukaj go jeszcze w lokalnym sklepie ze sprzętem.
Teraz to jest interesujące
Przeciwieństwem ultra-białego może być Vantablack , nazwa marki typu super-czarnej powłoki, która odbija mniej niż 1 procent światła, opracowana przez angielską firmę Surrey NanoSystems .
