Kun lämpötilat nousevat maailmanlaajuisesti, kuinka pidämme kotimme ja muut rakennukset viileinä? Meistä varakkaammat räjäyttävät ilmastointilaitteemme, joka on tehokas, mutta vain vahingoittaa ympäristöä entisestään korkeamman energiankulutuksen ansiosta. Vähemmän onnekkaita vain kärsivät tai jopa kuolevat lämpöaallot.
Columbian yliopiston tutkijoilla on uusi ratkaisu rakennusten jäähdyttämiseen, joiden mukaan he voisivat auttaa vähentämään ilmastonmuutoksen taakkaa. Se on valkoinen maali - teknisesti polymeeripinnoite -, joka käyttää äärettömän pieniä reikiä ilman jäähdyttämiseen.
Päällyste on esimerkki passiivisesta päivälämpöisestä jäähdytyksestä (PDRC), jossa pinta jäähtyy heijastamalla auringonvaloa ja lämpöä takaisin ilmakehään. Valkoja heijastavia maaleja on jo pitkään käytetty PDRC: ssä. Mutta ne sisältävät yleensä pigmenttejä, jotka absorboivat valoa, ja heijastavat pidempiä aallonpituuksia epätäydellisesti.
Sitä vastoin Columbia-ryhmän kehittämässä pinnoitteessa on vaahtomainen pinta, joka on täynnä nanomittakaavan reikiä. Sen luomiseksi tutkijat käyttivät pohjimmiltaan pigmenttiä valkoisesta maalista ja korvasivat sen näillä pienillä reikillä. Tämä muuttaa normaalisti läpinäkyvän polymeerin valkoiseksi. Reiät hajoavat ja heijastavat kaikkia auringonvalon aallonpituuksia, joten pinnoite on PDRC: ssä paljon parempi kuin perinteinen maali.
”[Perinteiset valkoiset maalit] heijastavat tyypillisesti vain 85 prosenttia auringonvalosta, mutta absorboivat loput ja kuumenevat”, sanoo soveltavan fysiikan professori Nanfang Yu, joka työskenteli tänään Sci ence -lehdessä julkaistun tutkimuksen parissa. "Sitä vastoin kehittämämme pinnoite heijastaa 96–99 prosenttia kokonaisesta auringonvalosta - ultravioletti-, näkyvästä ja infrapunasäteilystä -, joka on huomattavan korkea ja voi jäädä ympäristön lämpötilan alapuolelle jopa auringonvalon ollessa voimakasta."
Muut tutkijat ovat käyttäneet samanlaisia aurinkoheijastavia menetelmiä jäähdytyksen aikaansaamiseksi, sanoo Buffalon yliopiston kemian ja biologian tekniikan professori Mark Swihart, joka ei ollut mukana tutkimuksessa.
"Uutta on kuitenkin suhteellisen yksinkertainen ja fiksu tapa saavuttaa tulos", hän sanoo. ”Kuten parhaiten voin kertoa, kukaan ei ole aikaisemmin ehdottanut tällaisten huokoisten polymeerien käyttöä tähän passiiviseen jäähdytyssovellukseen. Teoksen uutuus on tämän erittäin yksinkertaisen menetelmän valinnassa passiivisen jäähdytyksen saavuttavien kalvojen muodostamiseksi. "
Koska menetelmä on niin yksinkertainen, Swihart sanoo, että suurten mittojen valmistaminen ja levittäminen voisi olla suhteellisen helppoa ja halpaa - pinnoite voitaisiin esimerkiksi valmistaa suurina rullina ja levittää kuten taustakuva.
"Mielestäni sillä voi olla merkittävää käytännön potentiaalia", hän sanoo.
Pinnoite toimii parhaiten aurinkoisissa ilmasto-olosuhteissa - tutkimuksessa havaittiin, että se vähentää lämpöä 6 celsiusasteella Arizonan autiomaassa. Mutta se toimii hyvin myös sumuisemmissa, trooppisemmissa ympäristöissä - se vähensi lämpöä 3 celsiusastetta Bangladeshissa. Tämä tarkoittaa, että sitä voidaan käyttää huomattavasti erilaisissa ympäristöissä ympäri maailmaa.
Pinnoite on helppo levittää, se toimii pääasiassa kuin tavallinen maali. Sitä voidaan käyttää melkein millä tahansa pinnalla kattoista vesisäiliöihin ajoneuvoihin. Ryhmä kokeili myös päällysteen tekemistä eri väreinä toivoen saavansa tuotteen vetoamaan laajemmalle yleisölle. Värin lisääminen vähentää jäähdytysastetta, mutta suorituskyky on silti parempi kuin värillisellä kaupallisella maalilla.
"Tämä on tärkeää ihmisen maun kannalta", sanoo jatko-opiskelija ja tutkimuksen pääkirjailija Jyotirmoy Mandal. "Kaikki eivät halua valkoista kattoa talolleen, ja maaliyritykset ovat yrittäneet kehittää" viileitä värejä "vuosikymmenien ajan."
Tutkijat keskittyvät nyt vesi- tai alkoholipohjaisten järjestelmien käyttämiseen pinnoitteiden valmistamiseksi, joilla on samanlaiset jäähdytystehokkuudet, mikä voisi tehdä tuotteesta ympäristöystävällisemmän ja helpon levitettävyyden. He etsivät myös uusia tapoja kierrättää poistetut polymeerit.
Tiimi toivoo, että päällystettä voidaan lopulta käyttää paikoissa aavikista trooppisiin alueisiin keskilämpötilaan - lähinnä missä lämpö on enemmän ongelma kuin kylmä. Se voi olla hyödyllinen myös monenlaisissa taloudellisissa tilanteissa.
"Resurssirikkaissa olosuhteissa pinnoite voi vähentää ilmastointikustannuksia", sanoo tutkimuksessa työskennellyt materiaalitieteiden ja tekniikan professori Yuan Yang. "Resurssien köyhissä olosuhteissa, joissa sähköjäähdytystä ei voida maksaa tai jota ei voida käyttää - esimerkiksi Etelä-Aasian maissa tai Afrikassa - ympäröivän alueen jäähdytys voi antaa helpotusta."
Pinnoite, jos sitä käytetään riittävästi rakennuksia kerralla, voisi auttaa myös niin sanottujen ”kaupunkien lämpösaarten” käsittelemisessä - kaupunkialueilla, jotka ovat paljon lämpimämpiä kuin ympäristönsä läheisten rakennusten ja paljon ihmistoiminnan ansiosta. Kun maailma jatkaa kaupungistumista, nämä lämpösaaret ovat kasvava ongelma - lämpöaallot tappavat suhteettoman määrän kaupunkiasukkaita.
"Tällainen pyrkimys vaatii kuitenkin laajaa yhteistyötä tutkijoiden, kaupunkisuunnittelijoiden ja poliittisten päättäjien välillä", Mandal sanoo. "Toivomme, että työmme levittää tietoisuutta säteilevän jäähdytyksen potentiaalista tiedepiirien ulkopuolella."
