Cooling buildings with ultra-white paint

Van ijzige toendra's tot golvende wolken, de kleur wit komt herhaaldelijk terug in het kleurenpalet van onze planeet. Deze kleur biedt een natuurlijke manier voor licht van de zon om terug te reflecteren vanaf het aardoppervlak en de ruimte in. Dit effect – bekend als het albedo van de planeet – heeft een grote invloed op de gemiddelde wereldtemperatuur.

Stel je een wereld voor die volledig bedekt is met oceanen. Hoewel het idee misschien een verfrissend gevoel van koelte oproept, zou de afwezigheid van reflecterende witte gebieden er in feite voor zorgen dat de gemiddelde oppervlaktetemperatuur van de aarde stijgt tot bijna 30ºC: het dubbele van de huidige gemiddelde temperatuur van 15ºC.

De aanhoudende afname van de ijs- en sneeuwbedekking op onze planeet, die zowel een gevolg is van door de mens veroorzaakte klimaatverandering als een factor die verdere stijgingen van de oppervlaktetemperatuur aandrijft, is zorgwekkend. De meest alarmerende scenario's voorspellen dat – als de CO₂-uitstoot niet drastisch wordt verminderd tegen 2050 – de gemiddelde temperaturen in het jaar 2100 mogelijk 1,5ºC warmer zullen zijn dan die van vandaag, mede dankzij de verminderde reflectiviteit van de aarde. De kleur van onze wereld speelt een cruciale rol bij het bepalen van haar toekomst.

De beroemde witte gebouwen van eilanden zoals Santorini, Griekenland, zijn niet alleen voor de show: mensen gebruiken al honderden jaren de kennis dat witte kleuren warmte het best weerkaatsen. Traditioneel wordt een soort witte verf genaamd gips, die calciumsulfaat (CaSO₄) bevat, gebruikt om dergelijke gebouwen te bedekken. Een nieuwe studie suggereert dat een alternatieve verf die bariumsulfaat (BaSO₄) bevat, nog effectiever zou kunnen zijn in het weerkaatsen van de zonnestraling die gebouwen raakt terug de ruimte in.

De sleutel tot de effectiviteit van deze nieuwe verf op basis van bariumsulfaat zijn de nanodeeltjes die het bevat – die de energie van de zon met een relatief hoog rendement weerkaatsen – en dat het emissief is voor warmte bij specifieke infraroodgolflengten variërend van 0,008 mm tot 0,013 mm. Deze golflengten komen overeen met een deel van de atmosfeer dat zeer transparant is, bekend als het “luchtvenster”.

Dat betekent dat veel meer van de gereflecteerde zonne-energie rechtstreeks door dit "venster" terug de ruimte in kan kaatsen in plaats van gevangen te blijven in de atmosfeer van de aarde en bij te dragen aan de opwarming van de aarde. Volgens de auteurs van het onderzoek, wordt bijna 10% van de straling bij deze golflengten weerkaatst wanneer zonnestraling op bariumsulfaatverf schijnt.

Het aanbrengen van dit soort verf op gebouwen in warme klimaatregio's zal helpen om gebouwen koeler te houden – een grote uitdaging, vooral in stedelijke gebieden, waar de dichtheid van mensen en gebouwen de temperaturen tijdens de zomermaanden tot ondraaglijke hoogten kan opdrijven.

De studie toont aan hoe het schilderen van gebouwen met bariumsulfaatverf de temperatuur binnen de gebouwen met 4,5ºC kan verlagen in vergelijking met de buitentemperatuur. Deze technologie heeft het potentieel om de kosten van het koelen van gebouwen aanzienlijk te verlagen door de afhankelijkheid van airconditioning te verminderen.

Echter, deze witter-dan-witte verf heeft een donkere kant. De energie die nodig is om ruw barieterts op te graven om het bariumsulfiet te produceren en te verwerken, waar bijna 60% van de verf uit bestaat, betekent dat het een enorme koolstofvoetafdruk heeft. En het op grote schaal gebruiken van de verf zou een dramatische toename van de mijnbouw van barium betekenen.

Op bariumsulfiet gebaseerde verf is slechts één manier om de reflectiviteit van gebouwen te verbeteren. Ik heb de afgelopen jaren onderzoek gedaan naar de kleur wit in de natuurlijke wereld, van witte oppervlakken tot witte dieren. Dierenharen, veren en vlindervleugels bieden verschillende voorbeelden van hoe de natuur de temperatuur binnen een structuur reguleert. Het nabootsen van deze natuurlijke technieken zou kunnen helpen om onze steden koeler te houden met minder kosten voor het milieu.

De vleugels van één intens witte keversoort genaamd Lepidiota stigma lijken opvallend helder wit dankzij nanostructuren in hun schubben, die zeer goed zijn in het verstrooien van invallend licht. Deze natuurlijke lichtverstrooiende eigenschap kan worden gebruikt om nog betere verf te ontwerpen: bijvoorbeeld door gerecycled plastic te gebruiken om witte verf te maken die vergelijkbare nanostructuren bevat met een veel lagere CO₂-voetafdruk. Als het gaat om inspiratie halen uit de natuur, zijn de mogelijkheden eindeloos.

Geschreven door Andrew Parnell, onderzoeksmedewerker in Natuur- en Sterrenkunde, Universiteit van Sheffield. Dit artikel is opnieuw gepubliceerd van The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.