Wetenschappers van de City University van Hong Kong hebben een nieuw ultrawit keramisch materiaal gedemonstreerd dat de temperatuur van gebouwen aanzienlijk kan verlagen met een recordhoogte door zonlicht en hitte te reflecteren. Het vermogen van het op kever geïnspireerde materiaal om de elementen te weerstaan en gemakkelijk schaalbaar te zijn voor productie, komt voort uit de nanostructuur.
Als het thuis te warm is, is de eerste reactie van veel mensen het aanzetten van de airconditioning. Deze aanpak kan effectief zijn, maar is niet energie-efficiënt, aangezien het verwarmen en koelen van een gebouw een groot percentage van de energiekosten voor zijn rekening neemt. Daarom onderzoeken wetenschappers manieren om de binnentemperatuur passief te beheren. De eenvoudigste daarvan is het wit schilderen van gebouwen en daken.
Volgens de basisfysica absorberen lichte kleuren minder licht dan donkere kleuren en zijn ze daarom koeler. De afgelopen jaren kan nieuw ontwikkelde ultrawitte verf meer dan 95% van het zonlicht en koele gebouwen reflecteren. Maar deze coatings hebben hun problemen, waaronder duurzaamheid.
In de nieuwe studie ontwikkelden wetenschappers van de City University of Hong Kong (CityU) een nieuw koelkeramisch materiaal dat beter presteert dan andere materialen. De hoge reflectiviteit van het materiaal is niet alleen maar een heel witte verf, maar komt voort uit de nanostructuur, die vrijwel het hele spectrum van zonlicht effectief verstrooit, net als de kever die er de inspiratie voor was. Als gevolg hiervan bereikt de zonnereflectiviteit van het materiaal een recordhoogte van 99,6% en de thermische infraroodstraling van 96,5%.
Het materiaal is gemaakt van aluminiumoxide, wat niet alleen de absorptie van zonlicht vermindert, maar het team zegt dat het aluminiumoxide het koelkeramiek ook duurzamer maakt bij wind en regen. Het is bestand tegen degradatie veroorzaakt door blootstelling aan UV, een zwakte van andere passieve koelmaterialen en coatings, en het verhoogt de snelheid van waterverdamping van het oppervlak, wat het extra effect van verdampingskoeling toevoegt. Het is zelfs brandwerend en bestand tegen temperaturen van meer dan 1000 °C (1832 °F).
"Het mooie van koelkeramiek is dat het kan voldoen aan zowel de eisen van hoogwaardige PRC als aan toepassingen in de praktijk", zegt professor Edwin Tso Chi-yan, co-corresponderende auteur van het onderzoek. "Uit onze experimenten is gebleken dat het toepassen van koelkeramiek op daken van huizen het elektriciteitsverbruik voor ruimtekoeling met meer dan 20% kan [verminderen], wat het enorme potentieel ervan bevestigt om de afhankelijkheid van traditionele actieve koelingstrategieën te verminderen en een duurzame oplossing te bieden om overbelasting van het elektriciteitsnet, de uitstoot van broeikasgassen en stedelijke hitte-eilanden te voorkomen."
Ten slotte verklaarden de onderzoekers ook dat dit materiaal gemakkelijk in massa kan worden geproduceerd met behulp van gewone materialen zoals aluminiumoxide en een tweestapsproces van fase-inversie en sinteren. Als wit voor sommige woningen te saai is, kan het materiaal door het toevoegen van extra lagen blijkbaar ook in andere kleuren en patronen worden geproduceerd.
Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift Science.