18 января 2022 в 8:00
Автор: Виталий Олехнович. Фото: Purdue University/John Underwood

Самая белая из всех белых. Обнаружена краска с пассивным охлаждением

Прошлой осенью в Книге рекордов Гиннесса появилась новая запись: составители признали существование самой белой краски на планете. Инженеры из Университета Пердью (США) создавали ее отнюдь не для того, чтобы попасть в число рекордсменов. Главная их цель — минимизировать последствия глобального потепления в мегаполисах, сократить расходы электричества на кондиционеры и с помощью краски добиться пассивного охлаждения зданий.

Самая белая краска

Первый образец ультрабелой краски команда ученых под руководством профессора Шулина Руана представила в октябре 2020-го. Спустя полгода им удалось еще немного подвинуть границу возможного. Теперь их краска не только самая белая, но и умеет сохранять поверхность холоднее, чем любые из коммерческих образцов белой краски, доступных на рынке.

Если оригинальная краска отражала 95,5% солнечного света, то усовершенствованная демонстрирует отражающую способность в 98,1%. У коммерческих красок, предназначенных для отвода тепла, этот показатель варьируется в пределах 80—90%. Они не могут сделать поверхность холоднее, чем окружение, краска Руана — может.

Это доказывается как вот на этом снимке, представленном в самой научной работе по белой краске, так и в сравнении «лицом к лицу» с одним из коммерческих образцов.

Выйдя на крышу университетского здания, ученые демонстрируют разницу в температуре: опытный образец разогревается до 21,6 градуса по Цельсию, тогда как замер температуры коммерческой краски с отражательной способностью 88% показывает почти 30 градусов в тех же условиях при температуре воздуха около 23 градусов.

Разница между 98% и 90% может показаться незначительной. Но одно дело — поглощать 10% света, другое — только 2%. Пятикратная разница дает значительный эффект охлаждения без подачи хоть какого-либо объема электричества.

Из чего ее делают?

В этой белой краске содержится сульфат бария в высокой концентрации, который широко используется в косметике и для фотобумаги. В виде суспензии это соединение часто применяют как контрастное вещество в рентгенографии.

Ученым понадобилось более семи лет на то, чтобы протестировать свыше сотни различных материалов, прежде чем они остановились на этой выигрышной формуле. Смотреть, как сохнет краска, сродни наблюдению за ростом травы. Однако у ученых заметная часть времени уходила как раз на столь, казалось бы, бессмысленный процесс.

В конце концов они обнаружили, что с помощью сульфата бария можно сделать очень-очень белую и отражающую краску.

Как объясняют сами ученые, у частиц сульфата бария в краске разный размер. То, насколько каждая частица рассеивает свет, зависит от ее размера, поэтому более широкий диапазон размеров частиц позволяет краске рассеивать больший спектр солнечного света.

Краска способна отражать тепло обратно в космос через прозрачное спектральное окно атмосферы в диапазоне от 8 до 13 микрометров. Это окно в области инфракрасного спектра, в котором происходит относительно малое поглощение земного теплового излучения атмосферными газами. Оно критически важно для того, чтобы Земля оставалась пригодной для нашей жизни.

Спектр пропускания атмосферы Земли в видимом диапазоне, ближнем и среднем инфракрасных диапазонах. Отмечены полосы поглощения водяного пара, диоксида углерода, кислорода и озона

Так как тепло напрямую уходит в космос, преимущество такого пассивного охлаждения перед активным кондиционированием очевидно: в атмосферу не выбрасывается теплый воздух.

Авторы разработки говорят, что могли бы сделать краску еще белее белой, но дальнейшее увеличение концентрации частиц сульфата бария негативно сказывается на характеристиках краски: она легче отслаивается и ломается.

В лабораторных условиях сейчас производится около 50—100 миллилитров такой краски. На это уходит около 18 часов, а полученного объема хватает на покраску площади в 58 квадратных сантиметров. Это квадрат со стороной чуть больше 7,5 сантиметра — совсем не много.

Но патентная заявка на разработку уже подана, есть предварительная договоренность с крупным производителем краски. Для производства сульфата бария в больших объемах понадобится увеличить добычу барита — довольно широко распространенного минерала. Ученые заверяют, что этот процесс более дружелюбен для окружающей среды, чем стандартные процессы выпуска краски. Так что есть надежда, что в ближайшее время эту краску можно будет увидеть, а не только услышать о ней. Тогда-то все эти заявления и будут проверены на практике, а углеродный след барита будет заметен сильнее.

Зачем нужна такая краска?

По признанию самих ученых, супербелая краска, к сожалению, не окажется «серебряной пулей», идеальным и совершенным решением для пассивного охлаждения зданий и улиц. Пускай и с некоторой осторожностью, присущей всем ученым, они говорят, что краска в определенные времена года в определенных локациях способна на 75% сократить потребность в охлаждении.

Снижая температуру поверхности зданий, окрашенных этой краской, можно также добиться снижения внутренней температуры этих зданий. Если здания не нагреваются от солнечного света, то необходимость включения кондиционера либо исчезает вовсе, либо заметно сокращается.

В Нью-Йорке крыши домов несколько лет окрашивали в белый

А это, в свою очередь, означает уменьшение затрат на электричество, которое производят за счет ископаемых видов топлива, и потенциальное сокращение выбросов углерода.

Это высокие материи, которые в краткосрочной перспективе будут мало заметны. Более ощутимым может оказаться воздействие на городские острова тепла. В городах летом тепло и жарко, джунгли из асфальта и бетона ведут себя иначе, чем из дерева и травы. Накапливая в течение жаркого дня больше тепла, они греют города по ночам, не давая жителям передохнуть от зноя.

На собственной шкуре это хорошо прочувствовали жители Лос-Анджелеса, где даже в зимние месяцы люди попадают в реанимацию с тепловыми ударами, а медики регистрируют смерти от жары. И вот уже несколько лет там красят дороги белой краской — не все, лишь десяток улиц в рамках пилотной программы по борьбе с городскими островами тепла.

Отзывы положительные: вроде как воздействие таких дорог на тепловой след заметно даже из космоса.

Серовато-белую краску на дороги начали наносить в 2018 году. Каждая миля покрашенного асфальта обходилась в $40 тыс., что довольно дорого. Будет ли новейшая краска использоваться для этих целей? Было бы логично. Но пока толком неизвестны ее будущие коммерческие характеристики и цена, в которую встанет банка с такой краской в рознице.

акриловая для внутренних работ/для наружных работ, для фасадов/для стен, цвет белый, степень блеска - полуглянцевая, 10 л
акриловая для внутренних работ, для стен/для потолков, степень блеска - матовая, 9 л
акриловая для внутренних работ, для стен/для потолков, цвет белый, степень блеска - матовая, 9 л

Наш канал в Telegram. Присоединяйтесь!

Есть о чем рассказать? Пишите в наш телеграм-бот. Это анонимно и быстро

Перепечатка текста и фотографий Onlíner без разрешения редакции запрещена. ng@onliner.by

Автор: Виталий Олехнович. Фото: Purdue University/John Underwood