Новая сверхбелая краска охлаждает здание, как кондиционер

Учёные создали краску, которая буквально заменяет собой кондиционер. Она даже под прямыми солнечными лучами остаётся холоднее окружающего воздуха.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Cell Reports Physical Science.

Жителям России может быть трудно в это поверить, но большинству людей охлаждение зданий нужнее, чем отопление. Это верно для большинства жителей США, не говоря уже об Африке, Южной и Юго-Восточной Азии и многих странах Латинской Америки.

Между тем далеко не все жители жарких стран могут позволить себе кондиционер. К тому же эти устройства, охлаждая воздух в помещении, нагревают его снаружи. В результате на улицах городов становится только жарче.

Наконец, кондиционеры тратят электроэнергию. Например, в США на охлаждение зданий расходуется около 10% всей электроэнергии. То есть в 2019 году на работу кондиционеров там было потрачено 400 тераватт-часов. Понятно, что энергия стоит денег. Да и экологическая обстановка от выработки нескольких сотен дополнительных тераватт-часов (и это только в одной стране) вряд ли улучшилась.

Теперь учёные предлагают куда более экономичное решение для охлаждения зданий, нагретых не в меру щедрым южным солнцем. И это… белая краска. Правда, очень необычная. Она отправляет полученную от солнца энергию обратно в космос, и делает это сразу тремя путями.

Во-первых, эта краска отражает 95,5% падающего на неё солнечного света (в том время как обычная белая краска – только 80–90%). Во-вторых, она отражает и большую часть ультрафиолетовых лучей. Отражая прямые солнечные лучи (как видимые, так и ультрафиолетовые), краска не нагревается под ними.

Но есть у неё и третья особенность. Новый материал активно излучает инфракрасные волны. В солнечный день он может испускать более 37 ватт с квадратного метра. И эти волны краска излучает как раз в том узком диапазоне, в котором для них прозрачна земная атмосфера. Таким образом, окрашенная поверхность "запускает в космос" и то тепло, которое получает от контакта с окружающим воздухом.

Испытания показали, что даже в полдень под прямыми солнечными лучами она на 1,7 °C холоднее воздуха. Ночью разница ещё значительнее: целых 10 °C.

"Очень странно, что температура поверхности под прямыми солнечными лучами ниже, чем температура [воздуха], о которой сообщает местная метеостанция для данного региона. Но мы показали, что это возможно", – заявляет глава исследовательской группы Сюлинь Жуань (Xiulin Ruan) из Университета Пердью.

Инфракрасный снимок поверхности, окрашенной новой краской (слева) и коммерческой белой краской (справа). Видно, что температура левого образца значительно ниже.
Иллюстрация Joseph People.

Отметим, что попытки разработать краску с такими свойствами предпринимались с 1970-х годов, но только сейчас увенчались успехом. Учёным пришлось изрядно потрудиться, чтобы получить столь впечатляющий результат. Они перебрали сотни вариантов состава, прежде чем подобрали оптимальный.

Тем удивительнее, что красящим веществом является самый обычный карбонат кальция (CaCO3) – основа известняка и важнейший компонент писчего мела. Новая краска на 60% состоит из этого дешёвого соединения. В остальном это обычная акриловая краска, и её можно производить на существующих промышленных установках.

Секрет нового материала не только в оптических свойствах карбоната кальция. Краска специально была сделана так, чтобы в неё входили частицы CaCO3 самого разного размера. Это придаёт ей особые оптические свойства.

Теперь авторы планируют испытать долговечность своей краски, её устойчивость к воздействию влаги и другие характеристики, важные для коммерческого продукта.