Це вже не наукова фантастика, а реальність – фарба для дахів, яка здатна охолоджувати будинки та видобувати свіжу воду прямо з повітря. Науковці активно масштабують виробництво нового покриття, що не лише захищає дахи від сонячних променів, а й збирає росу з їхньої поверхні. Спільними зусиллями дослідники з Університету Сіднея – одного з провідних наукових центрів Австралії, що розташований у жвавій столиці Нового Південного Вельсу, та комерційний стартап Dewpoint Innovations розробили наноінженерне полімерне покриття. Це інноваційне рішення не лише відбиває до 97% сонячних променів, але й пасивно збирає воду. Під час випробувань воно показало дивовижні результати, утримуючи температуру всередині приміщень на цілих 6 °C – близько 11 °F – нижчою за температуру зовнішнього повітря. Ця різниця температур викликає конденсацію водяної пари на поверхні – подібно до того, як запотіває холодне дзеркало – що призводить до постійного стікання крапель води.
Випробування та ефективність
Випробування, проведені на даху Сіднейського нанонаукового центру – сучасної дослідницької установи, зосередженої на передових розробках у галузі нанотехнологій, показали, що покриття здатне збирати росу понад 30% днів у році. Щодня воно генерувало до 390 мл води на кожен квадратний метр поверхні – приблизно 13 рідких унцій на 10,8 квадратних футів. Хоча ця цифра може здатися незначною, оброблена ділянка даху площею 12 квадратних метрів – близько 129 квадратних футів – за оптимальних умов може виробляти близько 4,7 літра води на день – приблизно 1,25 галона США. Більшість будинків мають значно більшу площу дахів. Як зазначається на вебсайті Dewpoint, “на середньостатистичному житловому даху можна очікувати достатньо води на день, щоб задовольнити ваші основні потреби”. Це, звичайно, додатково до тієї дощової води, яку ви б збирали, адже для збору роси все одно необхідна стандартна система збору дощової води. Наприклад, у Сіднеї, де середня річна кількість опадів становить близько 1 метра – 3,3 фута, компанія The Tank Factory повідомляє, що можна очікувати збору приблизно в 6 разів більше дощової води, ніж конденсату. Однак, це співвідношення буде виглядати зовсім інакше в більш посушливих регіонах планети, де брак води є особливо гострою проблемою.
“Ця технологія не лише просуває науку про покриття для холодних дахів, але й відкриває шлях до стійких, недорогих та децентралізованих джерел прісної води – це є визначальною потребою в умовах зміни клімату та зростаючої нестачі водних ресурсів”, – прокоментувала провідний дослідник К’яра Нето, професорка Інституту нанотехнологій та хімічного факультету Університету Сіднея.
Нещодавно команда завершила шестимісячні випробування просто неба. Панелі з полімерним покриттям, що нагадує фарбу, були встановлені на даху будівлі Сіднейського нанонаукового центру. Протягом цього періоду щохвилинно збиралися дані про охолоджувальні властивості покриття та його здатність збирати воду. Виявилося, що росу можна збирати понад 32% днів у році, що свідчить про можливість отримання води з повітря навіть у періоди без опадів. Більше того, покриття витримало суворі випробування жорстоким австралійським сонцем і не виявило жодних ознак руйнування протягом цих шести місяців.
Секрет інноваційного покриття
Більшість комерційних білих фарб – особливо тих, що призначені для зовнішніх стін та дахів – використовують діоксид титану як основний пігмент, який відбиває ультрафіолетове світло. Проте, хоча це новаторське покриття зовні може виглядати як звичайна біла фарба, свою сонцезахисну здатність воно отримує завдяки особливій структурі. Пористе покриття виготовлене з полівініліденфториду-ко-гексафторпропену – PVDF-HFP, тому відбиває сонце через мікроскопічні пори. Ці крихітні повітряні кишені розсіюють сонячне світло в усіх напрямках без відблисків і без потреби у хімічних речовинах, що поглинають ультрафіолет та з часом можуть руйнуватися. Результатом є самоохолоджувальна, стійка до погодних умов плівка, яка змогла підтримувати свою високу ефективність протягом тривалої фази випробувань.
“Наша розробка досягає високої відбивної здатності завдяки своїй внутрішній пористій структурі, забезпечуючи довговічність без екологічних недоліків покриттів на основі пігментів”, – зазначив провідний автор дослідження, доктор Мінг Чіу, головний технічний директор Dewpoint Innovations. “Виключивши матеріали, що поглинають ультрафіолет, ми долаємо традиційні обмеження у сонячній відбивності, уникаючи при цьому відблисків за рахунок дифузного відбиття. Цей баланс між ефективністю та візуальним комфортом робить його легшим для інтеграції та привабливішим для практичного застосування”.
Краплі води утворюються на поверхні покриття і, завдяки його гладкому верхньому шару, скочуються до збірного пункту. Команда вважає, що великі площі збору можуть забезпечити водою для садівництва, систем туманоутворення для охолодження або навіть для використання у виробництві водню – екологічно чистого палива майбутнього. “Хоча вологі умови є ідеальними, роса може утворюватися навіть у посушливих та напівпосушливих регіонах, де вночі вологість підвищується”, – пояснила Нето. “Йдеться не про заміну дощової води, а про її доповнення – забезпечення водою там і тоді, коли інші джерела стають обмеженими”.
Майбутнє технології
На відміну від багатьох матеріалів, що надовго застрягають на стадії розробки, ця інновація вже масштабується. Dewpoint Innovations активно розробляє водоемульсійну фарбу, яку можна буде наносити звичайними валиками або розпилювачами. “У Dewpoint ми пишаємося співпрацею з Університетом Сіднея, щоб втілити цей прорив у пасивному зборі атмосферної води в життя за допомогою передових покриттів на основі фарби”, – заявив Перзан Мехта, генеральний директор Dewpoint Innovations. “Це масштабоване, безенергетичне рішення, яке перетворює дахи та віддалену інфраструктуру на надійні джерела чистої води, допомагаючи вирішити нагальну проблему нашого часу”. Хоча проєкт все ще перебуває на ранніх стадіях, команда впевнена, що незабаром побачить його комерційний вихід на ринок. “Уявіть собі дахи, які не тільки залишаються прохолоднішими, але й виробляють власну прісну воду – саме в цьому полягає обіцянка цієї технології”, – додала К’яра Нето.
Дослідження було опубліковано у фаховому журналі Advanced Functional Materials.
