Jak teploty stoupají po celém světě, jak udržujeme naše domy a další budovy v chladu? Bohatší z nás výbuchuje naši klimatizaci, která je účinná, ale díky vyšší spotřebě energie dále poškozuje životní prostředí. Méně šťastní lidé prostě trpí nebo dokonce umírají ve vlnách veder.
Vědci z Columbia University mají nové řešení pro chlazení budov, jedno z nich by mohlo pomoci snížit zátěž související se změnou klimatu. Je to bílá barva - technicky polymerní vrstva - která používá k chlazení vzduchu nekonečně malé otvory.
Povlak je příkladem pasivního denního radiačního chlazení (PDRC), kde se povrch ochlazuje odrazem slunečního světla a zahříváním zpět do atmosféry. Bílé barvy, které odrážejí světlo, se již dlouho používají pro PDRC. Obvykle však obsahují pigmenty, které absorbují světlo, a nedokonale odrážejí delší sluneční vlnové délky.
Na rozdíl od toho má povlak vyvinutý týmem Columbia pěnový povrch plný otvorů v nanočásticích. Aby to bylo možné, vědci v zásadě vzali pigment z bílé barvy a nahradili jej těmito malými otvory. To způsobí, že normálně transparentní polymer bude bílý. Otvory se rozptylují a odrážejí všechny vlnové délky slunečního světla, díky čemuž je povrchová úprava mnohem lepší u PDRC než u tradičních barev.
"[Tradiční bílé barvy] obvykle odrážejí pouze 85 procent celkového slunečního světla, ale absorbují zbytek a zahřívají se, " říká Nanfang Yu, profesor aplikované fyziky, který pracoval na výzkumu zveřejněném dnes v časopise Sci ence. "Naproti tomu nátěr, který jsme vyvinuli, odráží 96 až 99 procent celkového slunečního světla - ultrafialového, viditelného a infračerveného - což je pozoruhodně vysoké a může zůstat pod okolními teplotami i při silném slunečním světle."
Jiní vědci používají k dosažení chlazení podobné metody odrážející sluneční záření, říká Mark Swihart, profesor chemického a biologického inženýrství na univerzitě v Buffalu, který se do výzkumu nezúčastnil.
„Co je však nového, je relativně jednoduchý a chytrý prostředek k dosažení výsledku, “ říká. "Jak nejlépe umím říct, nikdo dříve nenavrhoval použití takových porézních polymerů pro tuto aplikaci pasivního chlazení." Novinka práce spočívá ve výběru této velmi jednoduché metody formování fólií, které dosahují pasivního ochlazovacího účinku. “
Protože metoda je tak jednoduchá, říká Swihart, mohlo by být relativně snadné a levné vyrábět a aplikovat ve velkém měřítku - povlak by mohl být například vyráběn ve velkých rolích a aplikován jako tapeta.
"Myslím, že to může mít významný praktický potenciál, " říká.
Povlak funguje nejlépe za slunečného podnebí - studie zjistila, že v arizonské poušti snížilo teplo o 6 stupňů Celsia. Ale také dobře funguje v mlhavějším a tropičtějším prostředí - v Bangladéši snížilo teplo o 3 stupně Celsia. To znamená, že by mohl být použit v nesmírně odlišných prostředích po celém světě.
Povlak se snadno nanáší, v podstatě pracuje jako standardní barva. Může být použit téměř na jakémkoli povrchu, od střech po vodní nádrže až po vozidla. Tým také experimentoval s vytvářením povlaku v různých barvách, v naději, že tento produkt osloví širší publikum. Přidání barvy snižuje stupeň ochlazování, ale výkon je stále lepší než barevné komerční barvy.
"To je důležité s ohledem na lidský vkus, " říká Jyotirmoy Mandal, doktorand a hlavní autor studie. "Ne každý chce bílou střechu ve svém domě a lakovací společnosti se snaží vyvíjet" chladné barvy "po celá desetiletí."
Vědci se nyní zaměřují na použití systémů na bázi vody nebo alkoholu k vytváření povlaků s podobnými chladicími vlastnostmi, což by mohlo tento produkt učinit ekologičtějším a snadno použitelným. Hledají také nové způsoby recyklace vyřazených polymerů.
Tým doufá, že povlak může být nakonec použit v místech od pouští po tropické regiony až po místa s přechodným podnebím - v podstatě všude tam, kde je horko problémem více než zima. Mohlo by to být také užitečné v celé řadě ekonomických situací.
„V prostředcích bohatých na zdroje může povlak snížit náklady na klimatizaci, “ říká Yuan Yang, profesor materiálových věd a inženýrství, který pracoval na výzkumu. "V prostředcích bez zdrojů, kde je elektrické chlazení nedostupné nebo nedostupné - například ve venkovských Jižní Asii nebo Africe - může chlazení pod okolním prostředím poskytnout úlevu."
Povlak, pokud se používá na dostatečném množství budov najednou, by také mohl pomoci vypořádat se s takzvanými „městskými tepelnými ostrovy“ - městskými oblastmi, které se díky uzavřeným budovám a mnoha lidským aktivitám mnohem tepleji než jejich okolí. Jak svět stále urbanizuje, tyto tepelné ostrovy jsou rostoucím problémem - tepelné vlny zabíjejí nepřiměřený počet obyvatel měst.
"Takové úsilí však vyžaduje širokou spolupráci mezi vědci, urbanisty a tvůrci politik, " říká Mandal. "Doufáme, že naše práce rozšíří povědomí o potenciálu radiačního chlazení mimo vědecké kruhy."
