Почему белая краска, способная охлаждать здания, не используется везде?

Белый цвет постоянно появляется в палитре нашей планеты — от ледяных тундр до клубящихся облаков. Этот цвет обеспечивает естественный способ отражения солнечного света от поверхности Земли в космос. Этот эффект – альбедо – оказывает огромное влияние на среднюю температуру Земли.

Представьте себе мир, полностью покрытый океанами. Хотя эта идея может вызвать освежающее ощущение прохлады, отсутствие отражающих белых областей на самом деле приведет к увеличению средней температуры поверхности Земли почти до 30 °C: вдвое больше нынешней средней температуры, составляющей 15 °C. Продолжающееся сокращение ледового и снежного покрова нашей планеты, которое также является следствием изменения климата, обусловленного деятельностью человека, также содействует дальнейшему повышению температуры поверхности Земли. Модели наихудшего сценария предсказывают, что — если выбросы CO₂ резко не сократятся к 2050 году, — средние температуры в 2100 году могут быть на 1,5 °C выше, чем в настоящее время, отчасти из-за пониженной отражательной способности Земли. Цвет нашего мира играет ключевую роль в определении его будущего.

Знаменитые белые здания на таких островах, как Санторини в Греции, созданы не только для галочки: люди веками знали о том, что белые оттенки лучше всего отражают тепло. Традиционно для покрытия таких зданий используется белая гипсовая краска, которая содержит сульфат кальция (CaSO₄). Новое исследование предполагает, что альтернативная краска, содержащая сульфат бария (BaSO₄), может быть еще более эффективной при отражении солнечного излучения, падающего на здания, обратно в космос.

Секретом эффективности этой новой краски на основе сульфата бария является то, что в ней содержатся наночастицы, которые отражают солнечную энергию с относительно высокой эффективностью на определенных длинах волн инфракрасного излучения от 0,008 мм до 0,013 мм. Эти длины волн соответствуют части атмосферы, которая является очень прозрачной, известной как «небесное окно». Это означает, что больше отраженной солнечной энергии может отскочить обратно через это «окно» в космос, вместо того, чтобы оставаться в атмосфере Земли и способствовать глобальному потеплению. По словам авторов исследования, когда солнечное излучение попадает на краску из сульфата бария, почти 10% излучения отражается на этих длинах волн.

Нанесение этого типа краски на здания в регионах с теплым климатом поможет сохранить прохладу в зданиях, что является огромной проблемой, особенно в городах, где плотность населения и зданий может повышать температуру до невыносимых значений в летние месяцы. Исследование демонстрирует, как окраска зданий краской из сульфата бария может снизить температуру внутри на 4,5 °C по сравнению с температурой наружного воздуха. Эта технология может значительно снизить стоимость охлаждения зданий за счет уменьшения зависимости от кондиционирования воздуха.

Однако у этой белоснежной краски есть и более темная сторона. Большое количество энергии, необходимой для добычи сырой баритовой руды для производства и обработки сульфита бария, составляющего почти 60% краски, означает, что она имеет значительный углеродный след. А широкое использование краски означало бы резкое увеличение добычи бария.

Краска на основе сульфата бария — лишь один из способов улучшить отражательную способность зданий. Белый цвет широко распространен в природе, от белых поверхностей до белых животных. Шерсть животных, перья птиц и крылья бабочек — разные примеры того, как природа регулирует температуру внутри организма. Подражание этим природным методам может помочь сохранить прохладу в наших городах с меньшими затратами на окружающую среду. Крылья одного очень белого вида жуков, называемого Lepidiota stigma, кажутся поразительно ярко-белыми благодаря наноструктурам в их чешуе, которые очень хорошо рассеивают падающий свет. Это свойство естественного светорассеяния можно использовать для создания еще более качественных красок: например, используя переработанный пластик для создания белой краски, содержащей аналогичные наноструктуры с гораздо меньшим углеродным следом. Природа способна дать много примеров для подражания.