Terwijl de temperaturen wereldwijd stijgen, hoe houden we onze huizen en andere gebouwen dan koel? De rijkere onder ons blazen onze airconditioning op, die effectief is, maar het milieu alleen nog verder schaadt, dankzij een hoger energieverbruik. De minder bedeelden lijden simpelweg of sterven zelfs in hittegolven.
Onderzoekers van de Columbia University hebben een nieuwe oplossing voor het koelen van gebouwen, waarvan ze zeggen dat ze de last van klimaatverandering kunnen helpen verminderen. Het is een witte verf - technisch gezien een polymeercoating - die oneindig kleine gaatjes gebruikt om de lucht te koelen.
De coating is een voorbeeld van passieve stralingskoeling overdag (PDRC), waarbij een oppervlak afkoelt door zonlicht te reflecteren en terug te verwarmen naar de atmosfeer. Witte verf, die licht reflecteert, wordt al lang gebruikt voor PDRC. Maar ze bevatten meestal pigmenten die licht absorberen, en ze reflecteren langere zonnegolflengtes imperfect.
De door het Columbia-team ontwikkelde coating heeft daarentegen een schuimachtig oppervlak vol gaten op nanoschaal. Om het te maken, haalden de onderzoekers in feite het pigment uit witte verf en vervingen het door deze kleine gaatjes. Dit wordt het normaal transparante polymeer wit. De gaten verstrooien en reflecteren alle golflengtes van zonlicht, waardoor de coating bij PDRC veel beter is dan traditionele verf.
"[Traditionele witte verf] reflecteert meestal slechts 85 procent van het totale zonlicht, maar absorbeert de rest en warmt op", zegt Nanfang Yu, een professor in de toegepaste fysica die aan het onderzoek heeft gewerkt dat vandaag in het tijdschrift Sci ence is gepubliceerd. "In tegenstelling, de coating die we ontwikkelden reflecteert 96 tot 99 procent van het totale zonlicht - ultraviolet, zichtbaar en infrarood - dat opmerkelijk hoog is en onder omgevingstemperaturen kan blijven, zelfs wanneer het zonlicht sterk is."
Andere wetenschappers hebben vergelijkbare zonne-reflecterende methoden gebruikt om koeling te bereiken, zegt Mark Swihart, een professor in chemische en biologische engineering aan de Universiteit van Buffalo, die niet betrokken was bij het onderzoek.
"Maar wat hier nieuw is, is de relatief eenvoudige en slimme manier om het resultaat te bereiken", zegt hij. “Voor zover ik weet, heeft niemand eerder voorgesteld dergelijke poreuze polymeren te gebruiken voor deze passieve koelingstoepassing. De nieuwheid van het werk ligt in de selectie van deze zeer eenvoudige methode voor het vormen van films die het passieve koelingseffect bereiken. "
Omdat de methode zo eenvoudig is, zegt Swihart, kan het relatief eenvoudig en goedkoop zijn om op grote schaal te produceren en aan te brengen - de coating kan bijvoorbeeld op grote rollen worden vervaardigd en als behang worden aangebracht.
"Ik denk dat het een aanzienlijk praktisch potentieel kan hebben", zegt hij.
De coating werkt het beste in zonnige klimaten - de studie ontdekte dat deze de hitte met 6 graden Celsius verminderde in de woestijn van Arizona. Maar het werkt ook goed in mistiger, meer tropische omgevingen - het verminderde de hitte met 3 graden Celsius in Bangladesh. Dit betekent dat het in zeer verschillende omgevingen over de hele wereld kan worden gebruikt.
De coating is eenvoudig aan te brengen en werkt in wezen als een standaardverf. Het kan op vrijwel elk oppervlak worden gebruikt, van daken tot watertanks tot voertuigen. Het team experimenteerde ook met het aanbrengen van de coating in verschillende kleuren, in de hoop het product aantrekkelijk te maken voor een breder publiek. Het toevoegen van kleur vermindert de mate van koeling, maar de prestaties zijn nog steeds beter dan gekleurde commerciële verf.
"Dit is belangrijk met het oog op de menselijke smaak", zegt Jyotirmoy Mandal, een promovendus en hoofdauteur van de studie. "Niet iedereen wil een wit dak op hun huis en verfbedrijven proberen al tientallen jaren 'koele kleuren' te ontwikkelen."
De onderzoekers richten zich nu op het gebruik van systemen op water- of alcoholbasis om coatings te maken met vergelijkbare koelprestaties, waardoor het product milieuvriendelijker en gemakkelijker aan te brengen zou kunnen worden. Ze kijken ook naar nieuwe manieren om afgedankte polymeren te recyclen.
Het team hoopt dat de coating uiteindelijk kan worden gebruikt op plaatsen van woestijnen tot tropische gebieden tot plaatsen met een gemiddeld klimaat - in essentie overal waar warmte meer een probleem is dan koude. Het kan ook nuttig zijn in een breed scala van economische situaties.
"In omgevingen met veel bronnen kan de coating de kosten voor airconditioning verlagen", zegt Yuan Yang, een professor in materiaalwetenschappen en engineering die aan het onderzoek heeft gewerkt. "In omgevingen met weinig middelen, waar elektrische koeling onbetaalbaar of niet beschikbaar is - bijvoorbeeld op het platteland van Zuid-Azië of Afrika - kan koeling onder de omgeving verlichting bieden."
De coating, indien gebruikt op voldoende gebouwen tegelijk, kan ook helpen bij het omgaan met zogenaamde "stedelijke hitte-eilanden" - stedelijke gebieden die veel heter worden dan hun omgeving, dankzij dicht bij elkaar gelegen gebouwen en veel menselijke activiteit. Terwijl de wereld verder verstedelijkt, vormen deze hitte-eilanden een toenemend probleem - hittegolven doden een onevenredig aantal stadsbewoners.
"Een dergelijke inspanning vereist echter een brede samenwerking tussen onderzoekers, stedenbouwkundigen en beleidsmakers", zegt Mandal. "We hopen dat ons werk bewustzijn zal verspreiden over het potentieel van stralingskoeling buiten wetenschappelijke kringen."
