hình ảnh
Sơn trắng các tòa nhà là một phương pháp chống nóng lâu đời ở các nước như Hy Lạp SophiaPapageorge / Pixabay, CC BY

Từ những vùng lãnh nguyên băng giá đến những đám mây cuồn cuộn, màu trắng liên tục xuất hiện trong bảng màu của hành tinh chúng ta. Màu sắc này cung cấp một cách tự nhiên để ánh sáng từ mặt trời phản xạ trở lại từ bề mặt Trái đất và vào không gian. Hiệu ứng này - được gọi là hành tinh albedo - Có tác động rất lớn đến nhiệt độ trung bình toàn cầu.

Hãy tưởng tượng một thế giới được bao phủ hoàn toàn bởi các đại dương. Mặc dù ý tưởng này có thể gợi lên cảm giác mát mẻ sảng khoái, nhưng trên thực tế, việc không có các vùng trắng phản chiếu sẽ khiến nhiệt độ bề mặt trung bình của Trái đất tăng lên gần 30ºC: gấp đôi nhiệt độ trung bình hiện tại của nó là 15ºC.

Sự suy giảm liên tục trong hành tinh của chúng ta băng tuyết phạm vi bao phủ, đồng thời là hậu quả của biến đổi khí hậu do con người gây ra, cũng đang khiến nhiệt độ bề mặt tăng thêm. Các mô hình kịch bản xấu nhất dự đoán rằng – nếu CO? lượng khí thải không giảm đáng kể vào năm 2050 - nhiệt độ trung bình vào năm 2100 có thể 1.5ºC ấm hơn so với ngày nay, một phần nhờ vào khả năng phản xạ của Trái đất giảm. Màu sắc của thế giới chúng ta đóng một phần quan trọng trong việc xác định tương lai của nó.

Các tòa nhà màu trắng nổi tiếng trên các hòn đảo như Santorini, Hy Lạp, không chỉ để trưng bày: con người đã sử dụng kiến ​​thức rằng màu trắng phản xạ nhiệt tốt nhất trong hàng trăm năm. Theo truyền thống, một loại sơn trắng được gọi là thạch cao, có chứa canxi sunfat (CaSO?), được sử dụng để phủ lên các tòa nhà như vậy. Một cái mới nghiên cứu gợi ý rằng một loại sơn thay thế có chứa bari sunfat (BaSO?) thậm chí có thể hiệu quả hơn trong việc phản xạ bức xạ mặt trời chiếu vào các tòa nhà vào không gian.

Nhà thờ sơn màu trắng Tường và mái nhà thường được sơn bằng thạch cao ở Hy Lạp. Judithscharnowski / Pixabay, CC BY

Chìa khóa cho hiệu quả của loại sơn gốc bari sunphat mới này là các hạt nano mà nó chứa phản xạ năng lượng mặt trời với hiệu suất tương đối cao và ở bước sóng hồng ngoại cụ thể là 0.008mm-0.013mm. Các bước sóng này phù hợp với một phần của bầu khí quyển có độ trong suốt cao, được gọi là “cửa sổ bầu trời".


đồ họa đăng ký nội tâm


Điều đó có nghĩa là nhiều năng lượng mặt trời phản xạ có thể phản xạ trở lại ngay qua “cửa sổ” này vào không gian thay vì bị mắc kẹt lại trong bầu khí quyển của Trái đất và góp phần vào sự nóng lên toàn cầu. Theo tác giả của nghiên cứu, khi bức xạ mặt trời chiếu vào sơn bari sunphat, gần 10% bức xạ bị phản xạ ở các bước sóng này.

Áp dụng loại sơn này cho các tòa nhà ở các vùng khí hậu ấm áp sẽ giúp giữ cho các tòa nhà mát mẻ hơn - một thách thức rất lớn, đặc biệt là trong khu vực thành thị, nơi mật độ người và các tòa nhà có thể đẩy nhiệt độ lên mức cao không thể chịu được trong những tháng mùa hè.

Nghiên cứu chứng minh cách sơn các tòa nhà bằng sơn bari sunphat có thể làm giảm nhiệt độ bên trong các tòa nhà 4.5ºC so với nhiệt độ không khí bên ngoài. Công nghệ này có khả năng làm giảm đáng kể chi phí của làm mát tòa nhà bằng cách giảm sự phụ thuộc vào điều hòa không khí.

Mái nhà màu trắng với cửa sổ trần dưới bầu trời Tại Hoa Kỳ, mái nhà màu trắng của Walmart giúp giảm thiểu việc sử dụng năng lượng trong các siêu thị. Walmart / Flickr, CC BY-SA

Tuy nhiên, màu sơn trắng hơn trắng này có một mặt tối hơn. Năng lượng cần thiết để đào quặng barit thô để sản xuất và xử lý bari sunfua chiếm gần 60% lượng sơn có nghĩa là nó có một lượng lớn dấu chân carbon. Và việc sử dụng sơn rộng rãi đồng nghĩa với việc gia tăng đáng kể trong khai thác của bari.

Thủ thuật làm mát tự nhiên

Sơn gốc bari sunfua chỉ là một cách để cải thiện khả năng phản xạ của các tòa nhà. Tôi đã dành vài năm gần đây để nghiên cứu về màu trắng trong thế giới tự nhiên, từ bề mặt trắng đến động vật màu trắng. Lông động vật, lông vũ và cánh bướm cung cấp các ví dụ khác nhau về cách tự nhiên điều chỉnh nhiệt độ trong cấu trúc. Bắt chước các kỹ thuật tự nhiên này có thể giúp giữ cho các thành phố của chúng ta mát mẻ hơn với ít chi phí cho môi trường hơn.

Đôi cánh mãnh liệt bọ cánh cứng trắng loài được gọi là Lepidiota kỳ thị xuất hiện một màu trắng sáng nổi bật nhờ cấu trúc nano trong vảy của chúng, rất tốt trong việc tán xạ ánh sáng tới. Đặc tính tán xạ ánh sáng tự nhiên này có thể được sử dụng để thiết kế các loại sơn tốt hơn nữa: ví dụ: bằng cách sử dụng nhựa tái chế để tạo ra sơn trắng có chứa các cấu trúc nano tương tự với lượng khí thải carbon thấp hơn nhiều. Khi nói đến cảm hứng từ thiên nhiên, bầu trời là giới hạn.

Giới thiệu về Tác giả

Andrew Parnell, Nghiên cứu viên về Vật lý và Thiên văn học, Đại học Sheffield
 

Bài viết này ban đầu xuất hiện trên Conversation