Stanford Üniversitesi’ndeki bilim insanları, evleri ve diğer yapıları kışın daha sıcak, yazın ise daha serin tutabilen ve böylece enerji kullanımını, fiyatları ve sera gazı emisyonlarını önemli ölçüde azaltan yepyeni bir boya türü geliştirdi.
Dünyadaki enerji tüketiminin yaklaşık %13’ü ve sera gazı emisyonlarının %11’i alan ısıtma ve soğutmasına atfediliyor. Proceedings of the National Academy of Sciences dergisinde bugün yayınlanan bir araştırmaya göre, yapay olarak soğuk ortamlarda yapılan çalışmalarda, yeni boyalar ısıtma için gereken enerjiyi yaklaşık %36 oranında azalttı.
Sıcaklıklar yapay olarak yükseltildiğinde, gereken soğutma enerjisi neredeyse yarı yarıya azaldı. Isıtma, havalandırma ve iklimlendirme için kullanılan toplam enerji miktarı, Amerika Birleşik Devletleri’ndeki çeşitli sıcaklık bölgelerindeki tipik bir orta katlı apartmanın simülasyonlarında bir yıl içinde %7,4 azaldı.
Enerji bilimi ve mühendisliği ve foton bilimi profesörü olan Yi Cui, çalışmanın kıdemli yazarıdır. “Isıtmadan kaynaklanan enerji ve emisyonların enerji verimliliği kazanımları nedeniyle düşmeye devam edeceği tahmin ediliyor, ancak özellikle ısınan bir dünyada gelişmekte olan ekonomilerde klima kullanımı artıyor” dedi.
Her ikisi de Stanford Doerr Sürdürülebilirlik Okulu’nun bir parçası olan Precourt Enerji Enstitüsü ve Sürdürülebilirlik Hızlandırıcısı’ndan sorumlu olan Cui, sıfır emisyon hedeflerimize ulaşmak için hem ısıtma hem de hava soğutma için küresel olarak hem enerji hem de emisyonları azaltmamız gerektiğini belirtti. “İnsanların yaşam ve çalışma alanları ile çevreleri arasındaki ısı alışverişinin nasıl azaltılacağı daha fazla dikkat çekiyor ve gelişmiş yalıtım için yeni malzemeler talep ediliyor.”
Mevcut düşük emisyonlu boyaların kullanımı, metalik gümüş veya gri renklerinin estetiği ile sınırlıdır. Yeni geliştirilen boyalar ayrı ayrı uygulanan iki katmandan oluşuyor: alüminyum pullar kullanılarak kızılötesi ışığı yansıtan bir alt katman ve çeşitli renklerde inorganik nanopartiküller kullanılarak kızılötesi ışığa karşı ultra ince ve şeffaf bir üst katman.
Gezegenin doğal ısınmasının %49’u güneş ışığının kızılötesi spektrumunun yüzeyler tarafından emilmesinden kaynaklanır.
Isıyı dışarıda tutmak için dış duvarlar ve çatı kaplaması boya ile boyanabilir. Bu kızılötesi ışığın büyük bir kısmı yeni boyaların renk katmanından geçer, alt katmandan yansır ve bina bileşenleri tarafından emilip ısıya dönüştürülmek yerine ışık olarak tekrar dışarı çıkar. Boyalar, bir kez daha alt katmanın enerjiyi uzayda taşıyan ve insan gözüyle görülemeyen kızılötesi dalgaları yansıttığı iç duvarlara püskürtülür. Bu da binanın içindeki ısının korunmasına yardımcı olur.
Kaplamalar, özellikle yüksek orta kızılötesi ışığın yaklaşık %80’ini yansıtarak soğuk havalarda ısıyı içeride, sıcak havalarda ise dışarıda tutma işinin çoğunu yapar. Yakın kızılötesi ışığın bir kısmını yansıtmanın yanı sıra renk katmanı klima ihtiyacını da azaltıyor. Boyalar araştırma ekibi tarafından beyaz, mavi, kırmızı, sarı, yeşil, turuncu, mor ve koyu gri renklerde test edildi. Araştırmacılar, bu boyaların yüksek orta kızılötesi ışığı yansıtmada aynı renklerdeki geleneksel boyalara kıyasla 10 kat daha etkili olduğunu keşfetti.
Boyalar binaların dışında diğer enerji verimliliği türlerini arttırmak için de kullanılabilir. Örneğin, soğutma masraflarının taşımacılık bütçesinin yarısına kadar çıkabildiği soğutmalı taşımacılıkta kullanılan kamyon ve vagonlar için ödeme yapabilirler.
Stanford’un Geballe İleri Malzemeler Laboratuvarı’nda doktora sonrası araştırmacı olarak görev yapan ve çalışmanın başyazarı olan Yucan Peng, “Her iki katman da çeşitli şekil ve malzemelerdeki çeşitli yüzeylere püskürtülebilir ve birçok farklı durumda ekstra bir termal bariyer sağlayabilir” dedi. Yucan Peng, 2020 yılında Stanford’dan malzeme bilimi alanında doktorasını aldı.
Araştırmacılar, boyalarının kullanışlılığını çok sayıda senaryoda değerlendirdi. Her iki katman da suyu ittiğinden, nemli ortamlardaki stabilitelerinin iyileştirilmesi gerekiyor. Araştırmacılara göre, boyalı yüzeyler nemli bir bezle veya suyla yıkanarak kolayca temizlenebilir.
Ayrıca, bir hafta boyunca sürekli olarak yüksek sıcaklıklara (176 Fahrenheit derece), düşük sıcaklıklara (-320,5 Fahrenheit derece), yüksek asidik ortamlara ve düşük asidik koşullara maruz bırakılmalarına rağmen, boyaların performansı ve estetiği zarar görmemiştir. Bazı Amerikan şehirlerinde, boya aslında hava soğutma kullanımında mütevazı bir artışa yol açtı, ancak hiçbir alanda genel HVAC yükünde bir artış yaşanmadı.
Kaynak: phys.org/news/2023-08-extra-insulation-energy-carbon-emissions.html
