Краски, покрытия и химические вещества, благодаря которым мир становится прохладнее.
Технологии радиационного охлаждения рассеивают тепло и свет в пространстве, что может снизить потребность в кондиционировании воздуха и обеспечить безопасность людей во время аномальной жары.
Справиться с жарой становится все сложнее. Летом 2025 года волны жары вывели из строя электросети в Северной Америке, Европе и на Ближнем Востоке. Глобальное потепление означает, что все больше людей нуждаются в кондиционерах, что требует больше энергии и создает дополнительную нагрузку на электросети. Но идея, существовавшая тысячелетиями (плюс технологии XXI века), может предложить решение: радиационное охлаждение. Краски, покрытия и текстиль могут рассеивать солнечный свет и рассеивать тепло — без дополнительных затрат энергии.
«Радиационное охлаждение — это универсальное явление, оно присутствует повсюду в нашей повседневной жизни», — говорит Цяоцян Гань, профессор материаловедения и прикладной физики в Университете науки и технологий имени короля Абдаллы в Саудовской Аравии. Практически любой объект поглощает тепло от солнца днем и излучает его обратно ночью. Именно поэтому автомобили, припаркованные на улице на ночь, часто покрыты конденсатом, говорит Гань — их металлические крыши рассеивают тепло в атмосферу, охлаждая поверхности ниже температуры окружающего воздуха. Вот так и образуется роса.
Человечество использует этот базовый природный процесс уже тысячи лет. Жители пустынь Ирана, Северной Африки и Индии производили лед, оставляя водоемы под открытым небом на ночь, когда естественным образом происходит радиационное охлаждение; другие культуры строили «холодные крыши», покрытые светоотражающими материалами, которые рассеивали солнечный свет и понижали температуру внутри помещений. «Люди использовали этот эффект, осознанно или неосознанно, очень давно», — говорит Аасват Раман, материаловед из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и соучредитель стартапа SkyCool Systems, занимающегося радиационным охлаждением.
Связанная статья
Современные подходы, продемонстрированные повсюду — от крыш супермаркетов в Калифорнии до павильона Японии на выставке Expo 2025, идут еще дальше. Обычно, если солнце светит и излучает тепло, поверхности не могут охладиться ниже температуры окружающей среды. Но еще в 2014 году Раман и его коллеги добились радиационного охлаждения в дневное время. Они разработали фотонные пленки, способные поглощать и затем излучать тепло в инфракрасном диапазоне длин волн от восьми до 13 микрометров — диапазоне электромагнитных длин волн, называемом «атмосферным окном», поскольку это излучение уходит в космос, а не поглощается. Эти пленки могли рассеивать тепло даже под прямыми солнечными лучами, охлаждая внутреннюю часть здания на 9 °F ниже температуры окружающей среды, без необходимости использования кондиционера или источника энергии.
Это было лишь подтверждением концепции; сегодня, по словам Рамана, отрасль в основном перешла от передовой фотоники, использующей эффект атмосферного окна, к более простым материалам, рассеивающим солнечный свет. Керамические «холодные» крыши, наноструктурные покрытия и отражающие полимеры — все это дает возможность отводить больше солнечного света во всем диапазоне длин волн, и они более долговечны и масштабируемы.
Теперь началась гонка. Такие стартапы, как SkyCool, Planck Energies, Spacecool и i2Cool, соревнуются за коммерческое производство и продажу покрытий, отражающих не менее 94% солнечного света в большинстве климатических зон и более 97% во влажных тропических регионах. Пилотные проекты уже обеспечили значительное охлаждение жилых зданий, снизив потребность в энергии для кондиционирования воздуха на 15-20% в некоторых случаях.
Эта идея может выйти далеко за рамки светоотражающих крыш и дорог. Исследователи разрабатывают светоотражающие ткани, которые могут носить люди, наиболее подверженные риску теплового удара. «Это персональное терморегулирование», — говорит Ган. «Мы можем реализовать пассивное охлаждение в футболках, спортивной одежде и других предметах гардероба».
Конечно, у этих технологий и материалов есть ограничения. Как и солнечные электростанции, они уязвимы к погодным условиям. Облака препятствуют отражению солнечного света в космос. Пыль и загрязнение воздуха приглушают яркие поверхности материалов. Многие покрытия теряют свою отражательную способность через несколько лет. А самые дешевые и прочные материалы, используемые в радиационном охлаждении, как правило, основаны на тефлоне и других фторполимерах — «вечных химикатах», которые не разлагаются биологическим путем, представляя собой экологическую опасность. «Это лучший класс продуктов, которые, как правило, выдерживают воздействие окружающей среды», — говорит Раман. «Поэтому, можно ли в долгосрочной перспективе масштабировать производство без таких материалов, как эти фторполимеры, и при этом сохранить долговечность и низкую стоимость?»
Как и в случае с любым другим решением проблем изменения климата, универсального решения не существует. «Мы не можем быть слишком оптимистичными и утверждать, что радиационное охлаждение может удовлетворить все наши будущие потребности», — говорит Ган. «Нам по-прежнему нужны более эффективные системы активного кондиционирования воздуха». Блестящая крыша — не панацея, но всё равно это довольно круто.
Бекки Феррейра — научный журналист, проживающая в северной части штата Нью-Йорк, и автор книги «Первый контакт: история нашей одержимости инопланетянами».
Источник: www.technologyreview.com
Оцените материал: