Ahogy a hőmérséklet világszerte emelkedik, hogyan tartsuk hidegen otthonunkat és más épületeinket? A leggazdagabb emberek robbantják le légkondicionálóinkat, amelyek hatékonyak, de a nagyobb energiafelhasználásnak köszönhetően csak tovább károsítják a környezetet. A kevésbé szerencsések egyszerűen szenvednek, vagy akár hőhullámokban meghalnak.
A Columbia Egyetem kutatói új megoldást találtak az épületek hűtésére, egyikük szerint az éghajlatváltozás terheinek csökkentése segíthetne. Fehér festék - technikailag polimer bevonat -, amely végtelenül minimális lyukakat használ a levegő lehűtéséhez.
A bevonat a passzív nappali sugárzási hűtés (PDRC) példája, ahol a felület a napfény és a hő visszatükrözésével lehűti a légkört. A fényt tükröző fehér festékeket régóta használják a PDRC-hez. De általában pigmenteket tartalmaznak, amelyek elnyelik a fényt, és tökéletlenül tükrözik a hosszabb napsugárzási hullámokat.
Ezzel szemben a Columbia csapat által kifejlesztett bevonat habszerű, nanoméretű lyukakat tartalmazó felülettel rendelkezik. Ennek elkészítéséhez a kutatók alapvetően fehér festékből vették a pigmentet, és helyettesítették ezekkel az apró lyukakkal. Ez a normál átlátszó polimert fehérre váltja. A lyukak szétszórnak és tükrözik a napfény összes hullámhosszát, így a bevonat sokkal jobb a PDRC-nál, mint a hagyományos festékeknél.
„A [hagyományos fehér festékek] általában a teljes napfénynek csak 85% -át tükrözik, ám a többi része felszívja és felmelegszik” - mondja Nanfang Yu, az alkalmazott fizika professzora, aki a Sci ence folyóiratban ma közzétett kutatáson dolgozott. "Ezzel szemben a általunk kifejlesztett bevonat tükrözi a teljes napfény 96–99 százalékát - ultraibolya, látható és infravörös -, amely figyelemre méltóan magas, és a környezeti hőmérsékleti hőmérsékleten is megmarad, még ha erős a napfény is.”
Más tudósok hasonló napfényvisszaverő módszereket alkalmaztak a hűtés elérésére - mondja Mark Swihart, a buffalói egyetem kémiai és biológiai mérnökének professzora, aki nem vett részt a kutatásban.
"Ugyanakkor itt újdonság a viszonylag egyszerű és okos eszköz az eredmény eléréséhez" - mondja. „Mint a legjobb mondom, senki sem javasolta ilyen porózus polimerek alkalmazását erre a passzív hűtési alkalmazásra. A munka újdonsága a passzív hűtési hatást elérő filmek kialakításának nagyon egyszerű módszerének kiválasztásában rejlik. "
Mivel a módszer annyira egyszerű, mondja Swihart, viszonylag könnyű és olcsó lehet nagy méretben előállítani és felvinni - például a bevonatot nagy tekercsekben lehet előállítani és háttérképként alkalmazni.
"Úgy gondolom, hogy ennek jelentős gyakorlati lehetőségei lehetnek" - mondja.
A bevonat legjobban napos éghajlaton működik - a tanulmány megállapította, hogy 6 Celsius fokkal csökkentette a hőt az arizonai sivatagban. De ködös, trópusi környezetben is jól működik - 3 Celsius fokkal csökkentette a hőt Bangladesben. Ez azt jelenti, hogy világszerte rendkívül eltérő körülmények között használható fel.
A bevonat könnyen felhordható, alapvetően úgy működik, mint egy standard festék. Szinte bármilyen felületen használható, a háztetőktől a víztartályokig és a járművekig. A csapat arra is kísérletezett, hogy a bevonat különböző színű legyen, azzal a reménytel, hogy a termék vonzóbbá teheti a szélesebb közönséget. A szín hozzáadásával csökken a lehűlés mértéke, ám a teljesítmény még mindig jobb, mint a színes kereskedelmi festékeknél.
"Ez az emberi ízlés szempontjából fontos" - mondja Jyotirmoy Mandal, doktori hallgató és a tanulmány vezető szerzője. "Nem mindenki akar fehér tetőt a házán, és a festékgyártók évtizedek óta próbálnak" hűvös színeket "kifejleszteni."
A kutatók most arra koncentrálnak, hogy víz- vagy alkoholalapú rendszereket alkalmazzanak hasonló hűtési teljesítményű bevonatok készítésére, amelyek a terméket környezetbarátabbá és könnyebben alkalmazhatóvá teszik. Ugyancsak új módszereket keresnek a selejtezett polimerek újrahasznosításához.
A csapat reméli, hogy a bevonatot végül fel lehet használni a sivatagoktól a trópusi régiókig és a közepes éghajlattal rendelkező helyeken - lényegében bárhol, ahol a hő inkább problémát jelent, mint a hideg. Hasznos lehet sokféle gazdasági helyzetben.
"Erőforrás-gazdag környezetben a bevonat csökkentheti a légkondicionáló költségeit" - mondta Yuan Yang, az anyagtudomány és a műszaki professzor, aki a kutatáson dolgozott. "Erőforrás-hiányos környezetben, ahol az elektromos hűtés megfizethetetlen vagy nem elérhető - például Dél-Ázsia vidéki térségében vagy Afrikában - a környezeti környezeti hűtés megkönnyebbülést jelent."
A bevonat, ha egyszerre elegendő épületen alkalmazzák, segíthet az úgynevezett „városi hőszigetek” kezelésében is - a városi területek, amelyek sokkal melegebbek, mint a környezetük, a közeli épületek és sok emberi tevékenységnek köszönhetően. Ahogy a világ tovább urbanizálódik, ezek a hőszigetek egyre nagyobb problémát jelentenek - a hőhullámok aránytalan számú városlakót ölnek meg.
"Egy ilyen erőfeszítés azonban széles körű együttműködést igényel a kutatók, a várostervezők és a politikai döntéshozók között" - mondja Mandal. "Reméljük, hogy munkánk elterjeszti a tudományos körökön kívüli tudatosságot a sugárzó hűtés lehetőségeiről."
