Najnowszą próbę podjął zespół profesora Yogiego Goswamiego z Uniwersytetu Południowej Florydy, który stworzył specjalną białą farbę odbijającą nawet 98% promieniowania słonecznego. Co ważniejsze, badacze nie ograniczyli się do sprawdzania jej właściwości w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych, a zabrali swoje próbki na zewnątrz. Jakie są więc efekty 28-dniowego eksperymentu w gorącym i wilgotnym klimacie Florydy?
Jak farba może chłodzić powierzchnię poniżej temperatury powietrza?
Cały sekret tkwi w zjawisku pasywnego chłodzenia radiacyjnego, o którym pisałem już przy okazji nietypowej ceramiki opracowanej do chłodzenia budynków. Każda rozgrzana powierzchnia emituje promieniowanie cieplne, głównie w podczerwieni, ale ziemska atmosfera pochłania znaczną część tej energii. Istnieje jednak tak zwane okno atmosferyczne, obejmujące długości fal około 8-13 mikrometrów, przez które promieniowanie może stosunkowo swobodnie uciekać w przestrzeń kosmiczną.
Czytaj też: Fizycy złamali jedną z podstawowych zasad. Dwa elektrony dokonały czegoś, co miało być niemożliwe
Inżynierowie z Florydy wykorzystali właśnie ten mechanizm, przygotowując powłokę z cząstek siarczanu baru i węglanu wapnia osadzonych w polimerowej matrycy. Odpowiednio dobrane cząstki rozpraszają promieniowanie słoneczne, ograniczając nagrzewanie się powierzchni, podczas gdy właściwości emisyjne materiału umożliwiają skuteczne wypromieniowywanie ciepła. Jeśli powierzchnia oddaje w ten sposób więcej energii, niż pobiera z otoczenia, to może osiągnąć temperaturę niższą od temperatury powietrza.
Warto przy tym pamiętać, że nawet odbijalność na poziomie 98% nie oznacza całkowitego wyeliminowania nagrzewania. Przy natężeniu promieniowania słonecznego wynoszącym 1000 W/m² pozostałe 2% odpowiadają energii rzędu 20 W/m², którą powłoka nadal pochłania. Dlatego samo stworzenie możliwie białej farby nie wystarczy. Równie ważne jest to, jak skutecznie potrafi ona oddawać zgromadzoną energię.
Naukowcy sprawdzili farbę w pełnym słońcu. Wyniki są obiecujące
Badacze przygotowali trzy próbki z warstwą izolacyjną i folią aluminiową. Jedną pokryli eksperymentalną farbą, drugą komercyjną powłoką chłodzącą, a trzecią pozostawili bez dodatkowego pokrycia. Następnie przez 28 dni rejestrowali ich temperatury między godziną 10:00 a 17:00 w Tampie na Florydzie.
Czytaj też: Strzelili w diament materiałem rozpędzonym do prędkości ponad Mach 8. Nie uwierzysz, co się stało
Eksperymentalna farba utrzymywała temperaturę powierzchni poniżej temperatury otaczającego powietrza, osiągając maksymalną różnicę 7,5°C, podczas gdy średnia redukcja wyniosła 2,37°C. Ten drugi parametr uważam za szczególnie istotny, bo pokazuje, że nie mówimy wyłącznie o pojedynczym, wyjątkowo korzystnym pomiarze. Jednocześnie sami naukowcy wskazują, że skuteczność chłodzenia zależy od wilgotności, prędkości wiatru i warunków panujących na niebie, więc nie powinniśmy traktować maksymalnego wyniku jako gwarantowanej redukcji temperatury w każdy słoneczny dzień.
Czy osiągnięcie jest przełomowe? Pod względem samej odbijalności niespecjalnie. Już w 2021 roku zespół Uniwersytetu Purdue stworzył farbę odbijającą 98,1% promieniowania słonecznego, która również pozwalała schładzać powierzchnie poniżej temperatury otoczenia. Nowe badania pokazują jednak możliwości kolejnej receptury nadającej się do aplikacji natryskowej i zdolnej do utrzymywania efektu chłodzenia podczas wielotygodniowych testów terenowych.
Farba zamiast klimatyzacji? Z tym jeszcze bym poczekał
Profesor Goswami sugeruje, że wykorzystanie nowej powłoki może ograniczyć rachunki za energię nawet o 50%. Sęk w tym, że badacze testowali niewielkie próbki, a nie pełnowymiarowe budynki, a przecież temperatura dachu jest tylko jednym z czynników wpływających na zapotrzebowanie na klimatyzację. Znaczenie mają również izolacja termiczna, powierzchnia okien, wentylacja czy warunki atmosferyczne.
Dochodzi do tego kwestia trwałości. Biała powierzchnia z czasem pokrywa się zabrudzeniami, które mogą ograniczyć jej zdolność do odbijania promieniowania. Dlatego zresztą zespół pracuje nad przezroczystą warstwą ochronną zabezpieczającą farbę przed deszczem i wiatrem. Technologia doczekała się już wstępnego zgłoszenia patentowego, ale do sprzedaży komercyjnej jeszcze nie trafiła.
Osobiście widzę największy potencjał takiego rozwiązania w halach magazynowych, fabrykach i budynkach z ogromnymi powierzchniami dachowymi. W polskich warunkach należałoby dodatkowo sprawdzić, czy ograniczenie nagrzewania dachu latem rzeczywiście zrekompensuje potencjalne straty wynikające z mniejszych zysków słonecznych zimą. Najważniejszy test jest więc dopiero przed naukowcami, bo chłodzenie niewielkiej próbki o kilka stopni to jedno, a udokumentowane zmniejszenie zużycia energii przez rzeczywisty budynek to już zupełnie inna sprawa. Dopiero wtedy przekonamy się, ile rzeczywiście jest warta farba, która potrafi chłodzić bez pobierania prądu.
Źródła: Uniwersytet Południowej Florydy, Solar Energy, Uniwersytet Purdue
