Tutkijat kehittivät supervalkoisen maalin - Tiede | HS.fi

Tutkijat kehittivät supervalkoisen maalin

Jos kaikki maailman katot maalattaisiin valkoisiksi, heijastusvaikutus kumoaisi kertarysäyksellä noin 24 miljardin ilmakehään päästetyn hiilidioksiditonnin vaikutuksen.

Kattojen maalaaminen valkoiseksi voisi viilentää rakennuksia.­

2.11.2020 2:00 | Päivitetty 2.11.2020 8:03

Yhdysvaltalainen tutkimusryhmä on kehittänyt valkoisen maalin, joka heijastaa yli 95 prosenttia auringonvalosta takaisin avaruuteen. ”Supervalkoinen” väri voi auttaa viilentämään rakennuksia jopa suoran auringonpaisteen alla.

Tutkimus on julkaistu Cell Reports Physical Science -tiedelehdessä.

Purduen yliopiston tutkijat testasivat maalia Yhdysvaltojen Indianassa ja havaitsivat, että keskipäivällä maali viilensi rakennuksen pintaa ainakin 1,7 celsiusastetta ympäröivään lämpötilaan verrattuna. Yöllä rakennuksen pinta pysyi noin 10 astetta ympäristön lämpötilaa alhaisempana.

Tutkimusta johtaneen Xiulin Ruanin mukaan maalia olisi mahdollista hyödyntää esimerkiksi asuin- ja toimistorakennusten, datakeskuksien, varastohallien sekä kulkuneuvojen ja elektroniikan viilentäjänä.

Supervalkoista väriä voi pitää vastakohtana kuusi vuotta sitten kehitetylle maailman mustimmalle materiaalille, joka imee itseensä yli 99,9 prosenttia siihen osuvasta valosta. Hiilinanoputkista koostuva pinnoite, ”vantablack”, on niin musta, ettei tarkinkaan spektrometri kykene mittaamaan materiaalin imemän valon määrää.

 Viilentäviä maaleja on kehitetty 1970-luvulta asti.

Auringonvaloa heijastava supervalkoinen maali ei ole ensimmäinen laatuaan. Viilentäviä maaleja on kehitetty 1970-luvulta asti, ja nykyisin markkinoilla myydään valkoisia maaleja, jotka heijastavat noin 80–90 prosenttia auringonvalosta.

Ruanin mukaan hänen tutkimusryhmänsä kehittämä maali on aiempaa ohuempaa, ja sitä on lisäksi halvempi tuottaa. Akryylimaalin valmistuksessa käytettiin kalsiumkarbonaattipohjaisia täyteaineita.

Kalsiumkarbonaatti valittiin valkoisissa maaleissa yleensä käytettävän titaanivalkoisen sijaan, koska kyseisillä täyteaineilla on suuret elektronivyövälit. Ne auttavat minimoimaan maalin itseensä imevän ultraviolettivalon määrää.

Maalin heijastava vaikutus perustuu suureen hiukkaspitoisuuteen ja erikokoisiin hiukkaspartikkeleihin, jotka auttavat tavoittamaan laajasti auringonsäteilyn eri aallonpituuksia.

Seuraavaksi tutkimusryhmä aikoo selvittää maalin kestävyyden ultraviolettisäteilyä, tomua, vettä ja puhdistusaineita vastaan. Sen jälkeen tavoitteena on viedä tuote kaupalliseen kehitykseen.

Supervalkoinen maali voisi tutkijoiden mukaan auttaa vähentämään ilmastointi- ja jäähdytyskustannuksia kesäaikaan ja ilmastoltaan lämpimissä maissa.

Kansainvälisen energiajärjestön IEA:n mukaan kymmenen prosenttia kaikesta maailman energiasta kuluu nykyisin jäähdyttämiseen, ja ilmastointiin kulutetun energian määrän arvioidaan kolminkertaistuvan vuoteen 2050 mennessä.

Esimerkiksi Yhdysvalloissa maali voisi auttaa leikkaamaan 200 neliömetrin kokoisen rakennuksen energiakustannuksia 50 dollarilla kuukaudessa, tutkijat laskevat.

 ”Ilmaston lämmetessä iso osa kosteasta tropiikista muuttuu vuosisadan kuluessa asuinkelvottomaksi.”

”Tulevaisuudessa hallitusten, kaupunkien ja asunnonomistajien on kuumissa maissa jopa pakko ryhtyä maalaamaan rakennuksia valkoisiksi, halusivat he sitä tai eivät”, sanoo tietokirjailija Risto Isomäki.

Hän on perehtynyt kirjoissaan muun muassa ilmastonmuutokseen ja heijastuvuuteen maapallon viilentäjänä. Valkoisista pinnoista hyötyisivät Isomäen mukaan etenkin suurkaupunkialueet, jotka kärsivät niin sanotusta lämpösaarekeilmiöstä.

Kaupunkialueen lämpötila nousee korkeammaksi kuin ympäristönsä, sillä rakennukset ja asfalttitiet sitovat itseensä paljon lämpöä.

Mitä tummempi pinta, sitä kuumemmaksi sen lämpötila kohoaa. Tuore asfaltti heijastaa vain neljä prosenttia siihen osuvasta auringonvalosta, siinä missä ruohikko heijastaa valosta neljänneksen.

Esimerkiksi New Yorkissa keskimääräinen lämpötila on mittausten mukaan 1–3 celsiusastetta korkeampi kuin ympäröivällä maaseudulla. Kuumimpina päivinä lämpötila kaupungissa voi kohota jopa 12 astetta ympäristöään korkeammalle.

Isomäen mukaan pelkona on, että ilmaston lämmetessä etenkin suurkaupunkien helleaalloista tulee tappavan vaarallisia. Tästä viitteitä antoivat alkuvuonna Pakistanissa ja Arabiemiraateissa mitatut märkälämpötilan ennätykset, yli 35 celsiusastetta.

Märkälämpötila kertoo kuumuuden ja kosteuden yhteisvaikutuksen. Korkea märkälämpötila voi olla ihmiselle tappava, koska suuressa ilmankosteudessa ihmiskeho ei pysty jäähdyttämään itseään hikoilemalla.

Jos ilmastointi puuttuu, ihminen kuolee näissä olosuhteissa kuudessa tunnissa, oli hän vanha tai nuori, sairas tai terve, Isomäki sanoo.

”Tämä on dramaattinen osoitus siitä, että ilmaston lämmetessä iso osa kosteasta tropiikista muuttuu vuosisadan kuluessa asuinkelvottomaksi.”

Valkoisella maalilla on tähän mennessä pyritty viilentämään rakennuksia esimerkiksi Yhdysvalloissa, Australiassa ja Intiassa.

New Yorkissa on kahdeksan viime vuoden aikana maalattu valkoiseksi lähes miljoona neliömetriä rakennusten kattoja. Los Angelesissa ryhdyttiin puolestaan kolme vuotta sitten maalaamaan teitä vaaleanharmaiksi. Intian Ahmedabadissa maalattiin valkoiseksi yli 3 000 kattoa.

Useat tutkimukset ovat osoittaneet, että valkoinen maali on viilentänyt rakennuksia ja pienentänyt jäähdytyskustannuksia merkittävästi.

Ahmedabadissa rakennusten lämpötila laski valkoisen maalin ansiosta 2–5 celsiusastetta. New Yorkissa valkoiseksi maalatut katot leikkasivat jäähdytyskustannuksia 40 prosenttia.

Kaksi vuotta sitten Naturessa julkaistun tutkimuksen mukaan rakennusten ja muiden pintojen maalaaminen valkoiseksi voisi suurkaupungeissa Euroopassa, Pohjois-Amerikassa ja Aasiassa laskea lämpötiloja 2–3 celsiusastetta helleaaltojen aikana.

 Vaikutus on verrattavissa siihen, että liikenteestä poistuisi 300 miljoonaa autoa 20 vuoden ajaksi.

Valkoinen maalipurkki voisi parhaimmillaan auttaa pelastamaan maapallon ilmastonmuutokselta.

Jos kaikki maailman katot maalattaisiin valkoisiksi, heijastusvaikutus kumoaisi kertarysäyksellä noin 24 miljardin ilmakehään päästetyn hiilidioksiditonnin vaikutuksen.

Lisäksi valkoiset katot vähentäisivät vuotuisia hiilipäästöjä sadoilla miljoonilla tonneilla, selviää yhdysvaltalaisen Lawrence Berkeley National Laboratoryn kymmenen vuotta sitten julkaistusta tutkimuksesta.

Vaikutus hiilidioksidipäästöihin on verrattavissa siihen, että liikenteestä poistuisi 300 miljoonaa autoa 20 vuoden ajaksi.

Miksi emme siis maalaisi kaikkia kattoja valkoisiksi?

Isomäen mukaan valkoiseen väriin liittyy kaksi merkittävää ongelmaa.

Ensinnäkin suurin osa maapallon väestöstä elää alueilla, joissa vuorottelevat lämpimät ja kylmät vuodenajat. Siinä missä valkoinen katto esimerkiksi New Yorkissa laskee lämpötiloja ja vähentää jäähdytyskustannuksia kesäisten helleaaltojen aikana, talvella sama katto johtaa lämmityskustannusten kasvuun.

Valkoinen katto voi johtaa myös kosteuden tiivistymiseen rakennusten sisälle ja lopulta kosteusvaurioihin ja homeongelmiin.

”Olosuhteista riippuen valkoisen katon haitat saattavat nousta hyötyjä suuremmiksi.”

Toinen ongelma liittyy valkoisen värin heijastavuuteen. Viilentävät maalit heijastavat auringonvaloa suunnilleen yhtä paljon kuin puhdas lumi, joka voi johtaa kirkkaassa auringonpaisteessa jopa väliaikaiseen näkökyvyttömyyteen eli lumisokeuteen.

Vitivalkoinen väri aiheuttaisi Isomäen mukaan ongelmia etenkin päiväntasaajan ympäristössä, jossa auringon ultraviolettisäteily on vielä voimakkaampaa kuin pohjoisilla leveyspiireillä.

”Jos siis maalattaisiin koko kaupunki rakennuksen seiniä ja katuja myöten hohtavan valkoiseksi, ei siellä pystyisi auringonpaisteella oleskelemaan. Pelkkien kattojen maalaaminen on sekin ongelmallista esimerkiksi tropiikissa, jossa rakennusten kattoja käytetään usein oleskelutilana.”

Isomäen mukaan rakennusten pinnat pitäisi pystyä joustavasti muuttamaan lämpötilaan sopiviksi, kuumalla säällä valkoisiksi ja kylmällä mustiksi. Tasakattoisten talojen katolla voisi olla kaksivärisiä laattoja, jotka käännettäisiin kaksi kertaa vuodessa, Isomäki ehdottaa.

”Sellainen ei kuitenkaan toimisi kerrostalojen seinissä. Tarvittaisiin esimerkiksi lämpötilan mukaan väriä vaihtavaa maalia, mutta sellaista ratkaisua ei valitettavasti ole kukaan pystynyt vielä kehittämään.”

New Yorkissa on maalattu noin 650 000 neliömetriä kattoja valkoisiksi, jotta kaupunki viilenisi.­

Osaston uusimmat

Luitko jo nämä?

Osaston luetuimmat