Фарба для дахів, яка може охолоджувати ваш будинок та отримувати прісну воду прямо з повітря? Це цілком можливо: вчені масштабують виробництво нового виду покриття, схожого на фарбу, що захищає дах від сонячних променів та збирає росу з її поверхні.
Дослідники з Сіднейського університету та комерційного стартапу Dewpoint Innovations створили нанополімерне покриття, яке не лише відбиває до 97% сонячних променів, а й пасивно збирає воду. Випробування показали, що воно здатне підтримувати температуру в приміщенні на 6 ° C нижче, ніж на вулиці.
Дослідження опубліковано у журналі Advanced Functional Materials.
Через різницю температур водяна пара конденсується на поверхні, подібно до запотівання холодного дзеркала, утворюючи безперервний струмінь крапель.
У ході випробувань на даху Сіднейського центру нанотехнологій покриття вловлювало росу понад 30% року, генеруючи до 390 мл води на квадратний метр (приблизно 13 унцій на 10,8 квадратних футів) щодня. Це може здатися не таким великим показником, але ділянка обробленого даху площею 12 квадратних метрів (близько 129 квадратних футів) може виробляти близько 4,7 л (близько 1,25 галона США) води в день за оптимальних умов.
У більшості будинків площа дахів набагато більша. "На даху середнього житлового будинку, - йдеться на сайті Dewpoint, - можна розраховувати на достатню кількість води на день, щоб задовольнити ваші основні потреби у воді". І це крім дощової води, яку ви збиратимете, оскільки для збору роси потрібна стандартна система збору дощової води. Наприклад, у Сіднеї, при середньорічній кількості опадів близько 1 м (3,3 фута), за даними The Tank Factory, очікується збір приблизно в 6 разів більше дощової води, ніж конденсату, але в більш посушливих районах це співвідношення, безумовно, виглядатиме зовсім інакше.
«Ця технологія не тільки розвиває науку про прохолодні покрівельні покриття, а й відкриває шлях до стійких, недорогих і децентралізованих джерел прісної води – критично важливої потреби в умовах зміни клімату та дефіциту води, що зростає», – заявила керівник дослідження К'яра Нето, професор Інституту нанотехнологій та школи хімії Сіднейського університету.
Нещодавно команда завершила шестимісячні випробування на відкритому повітрі, встановивши панелі з покриттям, подібним до полімерної фарби, на даху будівлі Сіднейського центру нанотехнологій. Протягом цього періоду щохвилини збиралися дані про охолоджувальну здатність покриття і здатність збирати воду. Було встановлено, що роса збирається понад 32% пори року, що дозволяє припустити можливість збирання води з повітря в періоди без опадів. До того ж покриття витримало суворе випробування палючим австралійським сонцем і за шість місяців не показало жодних ознак руйнування.
Більшість комерційних білих фарб, особливо призначених для зовнішніх стін та дахів, використовують діоксид титану як основний пігмент, що відбиває УФ-випромінювання. Однак, хоч це нове покриття може виглядати як біла фарба на поверхні, його сонцезахисні властивості обумовлені структурою. Пористе покриття виготовлене з полівініліденфториду-гексафторпропену (ПВДФ-ГФП), тому воно відбиває сонце через мікроскопічні пори. Ці крихітні повітряні кишені розсіюють сонячне світло у всіх напрямках, не створюючи відблисків і без необхідності використання хімічних речовин, що поглинають УФ-випромінювання, які можуть руйнуватися з часом. В результаті виходить самоохолоджувальна, стійка до атмосферних впливів плівка, яка змогла зберегти свої високі характеристики протягом тривалого етапу випробувань.
"Наша розробка досягає високої відбивної здатності завдяки своїй внутрішній пористій структурі, забезпечуючи довговічність без екологічних недоліків покриттів на основі пігментів", - сказав провідний автор дослідження д-р Мін Чіу, головний технічний директор Dewpoint Innovations. «Видаляючи матеріали, що поглинають УФ-випромінювання, ми долаємо традиційне обмеження відбивної здатності сонячного світла, уникаючи при цьому відблисків внаслідок розсіяного відбивання. Такий баланс між продуктивністю та візуальним комфортом спрощує інтеграцію та робить рішення більш привабливим для реальних застосувань».
Краплі води утворюються на поверхні покриття і завдяки гладкому верхньому шару скочуються в точку збору. Команда вважає, що великі площі збору можуть забезпечити водою садівництво, системи туманоутворення для охолодження або навіть використовуватися задля виробництва водню.
"Хоча вологі умови ідеальні, роса може утворюватися навіть у посушливих та напівзасушливих регіонах, де нічна вологість підвищується", - сказав Нето. "Йдеться не про заміну опадів, а про доповнення їх - забезпечення водою там і тоді, коли інші джерела стають обмеженими".
І, на відміну від багатьох матеріалів, які застрягли на стадії розробки, ця інновація вже масштабується. В цей час компанія Dewpoint Innovations розробляє фарбу на водяній основі, яку можна наносити звичайними валиками або розпилювачами.
"У Dewpoint ми пишаємося співпрацею з Сіднейським університетом, яка дозволить втілити в життя цей прорив у сфері пасивного збору атмосферної вологи за допомогою сучасних покриттів на основі фарб", - заявив Перзаан Мехта, генеральний директор Dewpoint Innovations. «Це масштабоване, енергоощадне рішення, яке перетворює дахи та віддалені об'єкти інфраструктури на надійні джерела чистої води, допомагаючи розв'язати нагальні проблеми нашого часу».
Хоча проєкт поки що знаходиться на ранній стадії, команда впевнена, що незабаром він вийде на ринок.
"Уявіть собі дахи, які не тільки зберігають прохолоду, але й виробляють власну прісну воду - ось що обіцяє ця технологія", - додав Нето.
Джерела: Сіднейський університет
