Вчені з Іспанії зробили крок до технології, яка в майбутньому може кардинально змінити підхід до охолодження будинків. Дослідники розробили спеціальний наноматеріал, здатний знижувати температуру поверхонь навіть під прямими сонячними променями — причому для цього не потрібні електроенергія, компресори чи звичайні кондиціонери.
Розробкою займається команда Інституту мікро- та нанотехнологій (IMN-CNM) при Іспанській національній дослідницькій раді CSIC. Проєкт ґрунтується на явищі пасивного радіаційного охолодження, яке використовує унікальну властивість земної атмосфери.
Якщо технологію вдасться масштабувати, вона може знайти застосування не лише в будівництві. Потенційно йдеться про автомобілі, електроніку, промислове обладнання та навіть персональні системи охолодження.
Як матеріал може охолоджуватися під сонцем
На перший погляд принцип роботи технології здається майже неймовірним. Поверхня перебуває під сонячним випромінюванням, але водночас стає холоднішою.
Секрет полягає у властивостях інфрачервоного випромінювання. В атмосфері Землі існує так зване «вікно прозорості» в діапазоні приблизно від 8 до 13 мікрометрів. Через нього теплове випромінювання може проходити крізь атмосферу безпосередньо в космічний простір.
Таким чином, спеціально створений матеріал фактично віддає власне тепло назовні. Якщо при цьому він відбиває більшу частину сонячного випромінювання, поверхня отримує менше енергії, ніж втрачає.
Саме це дозволяє їй охолоджуватися навіть удень.
На відміну від кондиціонера, така система не повинна споживати електроенергію для самого процесу охолодження. Їй не потрібні компресор або складна механічна система.
Вчені обрали незвичайний полімер
Для створення матеріалу дослідники використали полівініліденфторид, відомий як PVDF.
Цей полімер уже має здатність випромінювати тепло в інфрачервоному діапазоні. Однак ученим вдалося оптимізувати його структуру таким чином, щоб посилити потрібні властивості.
Керівниця проєкту COOLed Крістіна Вісенте зазначає, що матеріал поєднує одразу кілька характеристик, важливих для практичного використання.
Він не лише ефективно випромінює тепло, а й має стійкість до ультрафіолетового випромінювання. Крім того, поверхня відштовхує воду, завдяки чому може частково самоочищатися.
Це особливо важливо для будівельних матеріалів. Дах або фасад постійно піддається впливу сонця, дощу, пилу та інших факторів навколишнього середовища. Якщо покриття швидко втрачатиме свої властивості, його практична цінність буде невеликою.
Майже 97% тепла випромінюється у потрібному діапазоні
Результати експериментів показали значний потенціал розробки.
Оптимізована версія матеріалу після спеціальної обробки відбиває в середньому 82,4% сонячного випромінювання. Одночасно вона випромінює 96,7% теплової енергії в інфрачервоному діапазоні від 8 до 13 мікрометрів.
Саме цей діапазон є ключовим для технології, адже через нього тепло може залишати поверхню та прямувати в космос.
Дослідники також піддали матеріал ультрафіолетовому опроміненню. Така процедура сприяла його відбілюванню та підвищила здатність відбивати сонячне світло.
Різниця в температурі виявилася особливо помітною в екстремальних умовах. У найспекотніші, сухі та сонячні дні оброблена поверхня залишалася на 12,9°C холоднішою, ніж необроблений зразок.
Це дуже суттєвий показник, якщо йдеться про дахи та фасади будівель, які влітку можуть нагріватися до надзвичайно високих температур.
Чи зможе матеріал замінити кондиціонери
Поки що говорити про повну заміну кондиціонерів зарано. Технологія перебуває на стадії розробки, а лабораторні результати ще потрібно перевірити в масштабних реальних умовах.
Втім, потенціал у неї дуже великий.
Охолодження будівель уже сьогодні є величезним споживачем енергії. За даними дослідників, на кондиціонування припадає майже 20% світового споживання електроенергії.
Зі зростанням середніх температур ця проблема лише загострюватиметься. Чим спекотніше стає влітку, тим більше людей використовують кондиціонери, а отже, зростає навантаження на електромережі.
Пасивне охолодження може частково змінити цю ситуацію. Якщо дах або фасад самостійно відводитиме значну кількість тепла, приміщення нагріватиметься повільніше. Це дозволить кондиціонерам працювати менше або підтримувати необхідну температуру з меншими витратами енергії.
Де ще можна використовувати технологію
Автори розробки вважають, що сфера застосування нового матеріалу може бути значно ширшою за будівництво.
Його потенційно можна наносити на дахи та фасади, використовувати в транспорті, електронних пристроях та інших об'єктах, які перегріваються під впливом сонця.
Особливо перспективним може стати використання таких покриттів там, де доступ до електроенергії обмежений або її використання занадто дороге.
Ще одна перевага полягає у виробництві. За словами дослідників, процес виготовлення матеріалу є відносно недорогим і може бути сумісним із вже наявними промисловими технологіями.
Втім, до масового використання ще далеко. Вченим необхідно перевірити, наскільки довго покриття зберігатиме свої властивості, як воно поводитиметься в різних кліматичних умовах і наскільки ефективним буде на великих площах.
Якщо ці випробування підтвердять лабораторні результати, звичайні дахи та фасади в майбутньому можуть перетворитися на своєрідні пасивні системи охолодження. Вони не вироблятимуть холод у звичному розумінні, а просто не дозволятимуть теплу накопичуватися — і частину цієї енергії буквально відправлятимуть у космос.
