اتوبوسهای لندن یک راز خنککننده دارند. اگر از بالا به آنها نگاه کنید، میبینید که اغلب سقفشان سفید است، نه قرمز.
این اقدام برای کاهش گرما از سال ۲۰۰۴ آغاز شد تا سفر برای مسافران، بهویژه در طبقه بالای اتوبوسهای دوطبقه، راحتتر شود و تا سال ۲۰۲۰ تقریباً تمام ناوگان به سقفهای سفید مجهز شد.
بااینحال، اتوبوسهای لندن هنوز هم با افزایش دما مشکل دارند و در سال ۲۰۲۵ تعداد شکایتهای مسافران درباره گرما به رکورد تازهای رسید.
شاید بخشی از راهحل این باشد که سقف اتوبوسها حتی سفیدتر شود.
گروهی از پژوهشگران دانشگاه کالج لندن (UCL) به سرپرستی یوانیس پاپاکونستانتینو سقف دو اتوبوس را با مادهای پوشاندهاند که ۹۳ درصد نور خورشید را بازتاب میدهد.
برای مقایسه، رنگ سفید تجاری معمولی حدود ۸۴ درصد نور خورشید را منعکس میکند.
این تفاوت شاید کوچک به نظر برسد، اما از نظر فیزیکی بسیار مهم است؛ زیرا پوشش جدید را از آستانهای عبور میدهد که در آن سطح میتواند بیشتر از آنچه از خورشید گرما جذب میکند، گرما پس بدهد.
وقتی رنگ، سطح را از هوای اطراف خنکتر میکند
اجسام روی زمین بهطور معمول به ازای هر متر مربع سطح، حدود ۱۰۰ وات انرژی گرمایی از خود ساطع میکنند.
در مقابل، خورشید زمین را با نرخی تقریباً ۱۰ برابر بیشتر گرم میکند.
اگر سطحی حدود ۹۰ درصد تابش خورشیدی دریافتی را بازتاب دهد، تقریباً به نقطه تعادل میرسد؛ یعنی گرمایی که دریافت میکند با گرمایی که پس میدهد برابر میشود.
اما اگر میزان بازتاب از این مقدار بیشتر شود، سطح در تئوری میتواند حتی به دمایی پایینتر از هوای اطراف خود برسد.
از آنجا که این رنگ تقریباً درصد ثابتی از نور خورشید را منعکس میکند، بیشترین مزیت آن زمانی دیده میشود که تابش خورشید شدیدتر باشد.
البته در عمل بعید است داخل چنین اتوبوسی از هوای بیرون خنکتر شود، زیرا بخشهای دیگر بدنه همچنان گرما جذب میکنند.
اما تفاوت دما قابل توجه خواهد بود.
در آزمایشی در مادرید که هنوز داوری علمی نشده، پاپاکونستانتینو و همکارانش دریافتند سطح پوشیدهشده با رنگ جدید در مقایسه با رنگ سفید استاندارد، تا ۸ درجه سانتیگراد خنکتر باقی میماند.
فناوریای که از سال ۲۰۱۴ جدی شد
علاقه به این مواد که به آنها پوششهای سرمایش تابشی یا Radiative Coatings گفته میشود، از سال ۲۰۱۴ به بعد بهطور پیوسته افزایش یافته است.
در همان سال، گروهی در دانشگاه استنفورد به سرپرستی آسواث رامان برای نخستین بار نشان دادند که مادهای میتواند در زیر نور مستقیم خورشید و بدون مصرف انرژی، دمای خود را به زیر دمای محیط اطراف برساند.
اکونومیست در آن زمان نوشت: «شاید این آغاز چیزی واقعاً خنک باشد.»
بااینحال، مواد مورد استفاده پژوهشگران استنفورد، از جمله نقره و دیاکسید هافنیوم، برای تولید انبوه بسیار گران بودند.
روش ساخت آنها نیز پیچیده بود و شامل لایهگذاری با فناوری موسوم به «تبخیر با پرتو الکترونی» میشد که اجرای آن در مقیاس تجاری آسان نبود.
علاوه بر این، سطح ایجادشده مانند آینه نور را مستقیماً بازتاب میداد و بنابراین استفاده گسترده از آن روی سقف ساختمانها چندان جذاب به نظر نمیرسید.
اما ۱۲ سال بعد، پوششهای سرمایش تابشی تقریباً آماده ورود گسترده به بازار هستند.
و زمان مناسبی هم برای این اتفاق است.
کولرها هر سال برق بیشتری مصرف میکنند
تغییرات اقلیمی نیاز به خنک کردن ساختمانها را افزایش داده است.
سیستمهای سرمایشی در سال ۲۰۲۵ حدود ۱۰ درصد کل برق مصرفی جهان را به خود اختصاص دادند؛ در حالی که این سهم در سال ۱۹۹۰ تنها ۶ درصد بود.
بسیاری از کولرهای گازی همچنین از گازهایی استفاده میکنند که اثر گرمایش جهانی آنها میتواند تا دو هزار برابر دیاکسیدکربن باشد.
از طرف دیگر، سیستمهای تهویه مطبوع با بیرون راندن گرمای داخل ساختمان به محیط اطراف، به تشدید پدیده جزیره گرمایی شهری کمک میکنند.
بنابراین نخستین هدف روشن است: سقف ساختمانها.
سقفها حدود ۹۰ درصد نور خورشید را جذب میکنند و در بعضی شهرهای آمریکا بیش از یکپنجم کل مساحت سطح شهر را تشکیل میدهند.
پوشاندن آنها با رنگهای جدید میتواند تأثیر قابل توجهی بر مصرف برق داشته باشد.
اهمیت بیشتر برای کشورهای فقیر و گرمسیری
در بلندمدت، این فناوری شاید حتی برای مردم کشورهای فقیر و اغلب گرمسیری اهمیت بیشتری داشته باشد؛ کشورهایی که برق مورد نیاز برای استفاده گسترده از کولر یا وجود ندارد یا هزینه آن برای بسیاری از مردم قابل پرداخت نیست.
میانگین سالانه مرگومیر ناشی از گرما در دهه منتهی به سال ۲۰۲۱، در مقایسه با دهه منتهی به سال ۱۹۹۹، حدود ۶۳ درصد افزایش یافته است.
بالاترین نرخ مرگومیر نیز اغلب در مناطقی دیده میشود که مردم کمترین توان مالی برای استفاده از تهویه مطبوع را دارند.
راز خنک کردن بدون مصرف انرژی چیست؟
راز سرمایش تابشی در استفاده از موادی است که با نور مرئی و نور مادون قرمز رفتار متفاوتی دارند.
در یک طول موج مشخص، یک ماده میتواند یا بازتابدهنده خوبی باشد یا تابشکننده خوبی؛ اما معمولاً نمیتواند همزمان هر دو باشد.
برای اینکه یک جسم بتواند دمایش را به زیر دمای محیط کاهش دهد، باید انرژی خورشید را بازتاب دهد و در عین حال گرمای ذخیرهشده خودش را به بیرون ساطع کند.
خوشبختانه طول موجی که اجسام در آن انرژی تابش میکنند، به دمایشان بستگی دارد.
خورشید با دمای حدود ۵۵۰۰ درجه سانتیگراد بیشتر انرژی خود را در طول موجهای کوتاهی منتشر میکند که چشم انسان نیز طی تکامل برای دیدن آنها حساس شده است.
در مقابل، اجسامی مانند اتوبوسهای لندن که دمایشان تنها چند ده درجه سانتیگراد است، انرژی خود را در قالب امواج مادون قرمز با طول موج بیشتر ساطع میکنند.
آئروژل؛ مادهای که نور را پس میزند
گروه UCL از این تفاوت استفاده کرده است.
آنها ذرات آئروژل، مادهای فوقسبک و اسفنجمانند ساختهشده از سیلیکا، را با نوعی پلیمر خاص ترکیب کردهاند.
تفاوت ضریب شکست میان آئروژل و پلیمر و همچنین اندازه ذرات آئروژل که تقریباً هماندازه طول موج نور است، باعث میشود نور ورودی بارها میان این ذرات پراکنده و بازتاب شود.
همین ویژگی، بازتابندگی بسیار بالای رنگ را ایجاد میکند.
از سوی دیگر، پیوندهای شیمیایی سیلیکون-اکسیژن در آئروژل و کربن-اکسیژن در پلیمر، هر دو در طول موجی حدود ۹ هزار نانومتر تابش میکنند.
جو زمین در این طول موج تقریباً شفاف است؛ بنابراین گرما میتواند بدون آنکه در جو گیر بیفتد، مستقیماً به سمت فضای بیرونی تابش شود.
نتیجه، سطحی سفید و مات است که ظاهری شبیه رنگ سفید معمولی دارد، اما تقریباً به اندازه پوشش آینهای دانشگاه استنفورد انرژی خورشید را بازتاب میدهد.
و مهمتر از همه، بسیار ارزانتر است.
پاپاکونستانتینو میگوید تمام مواد اولیه مورد استفاده در این پوشش هماکنون در بازار موجودند و اگر تولید آن به مقیاس صنعتی برسد، هزینهاش تقریباً در حد رنگهای مرغوب فعلی خواهد بود.
رقابت برای ورود به بازار آغاز شده است
پوشش دانشگاه UCL هنوز برای تولید انبوه آماده نیست، اما برخی محصولات مشابه به بازار رسیدهاند.
شرکت هلندی AkzoNobel نیز در حال استفاده از فناوری آئروژل است.
شرکت i2Cool در هنگکنگ روش دیگری را دنبال میکند. این شرکت از ذراتی با جنسها و اندازههای مختلف استفاده میکند تا طول موجهای بیشتری از نور خورشید را بازتاب دهد.
این روش نسبت به رنگهای سفید عادی که عمدتاً از ذرات اکسید تیتانیوم استفاده میکنند، بازتاب بیشتری ایجاد میکند.
i2Cool میگوید تاکنون حدود ۸۵۰ هزار متر مربع از ساختمانها را با این پوششها رنگ کرده است؛ مساحتی معادل حدود ۱۱۹ زمین فوتبال.
این شرکت ادعا میکند استفاده از این فناوری تاکنون از انتشار حدود ۱۴ میلیون کیلوگرم دیاکسیدکربن مرتبط با مصرف کولر جلوگیری کرده است.
ساختمانی که مثل بدن انسان «عرق میکند»
روش دیگری نیز وجود دارد: ترکیب بازتاب نور با تبخیر آب.
سال گذشته، فی جیپنگ از دانشگاه فناوری نانیانگ سنگاپور و همکارانش مادهای بر پایه سیمان معرفی کردند که ساختاری متخلخل دارد و میتواند آب جذب کند.
پژوهشگران با تغییر فرمول و نسبت آب به سیمان توانستند پوششی بسازند که منافذ آن حدود یک میکرون قطر دارند.
این منافذ با کمک خاصیت موئینگی آب باران را جذب میکنند.
هنگامی که این آب تبخیر میشود، گرما را نیز با خود میبرد و سطح ساختمان را خنک میکند؛ تقریباً مشابه روشی که بدن انسان با عرق کردن گرمای خود را دفع میکند.
در بارندگی بعدی، ذخیره آب دوباره پر میشود.
جذب رطوبت حتی بدون باران
افزودن نمک به سیمان نیز این فرایند را تقویت میکند.
نمک بخار آب را جذب میکند و به پوشش اجازه میدهد حتی در نبود باران، مستقیماً رطوبت هوای مرطوب را به خود جذب کند.
همچنین مانند آئروژل مورد استفاده گروه UCL، منافذ موجود در سیمان نور را به جای جذب کردن، پراکنده میکنند.
در یک آزمایش، ماده ساختهشده توسط فی و همکارانش ۵ درجه سانتیگراد خنکتر از یک پوشش سرمایش تابشی استاندارد باقی ماند.
وقتی این ماده روی ساختمانی دارای سیستم تهویه مطبوع استفاده شد، توانست تا ۴۰ درصد انرژی بیشتری صرفهجویی کند.
و شاید جذابترین نکته هزینه آن باشد.
از آنجا که ماده اصلی این پوشش سیمان است، قیمت آن حدود یکسیام رنگهای سرمایش تابشی است.
و شاید همین، خنکترین بخش ماجرا باشد.
نظرات کاربران