Téma

Barvami proti klimatické krizi

Ochlazování pomocí barev není v přírodě ničím novým. Tak například stromy k regulaci své teploty využívají barvu listů. V posledních letech se výhodami využití barev v boji proti klimatické krizi začali zabývat i výzkumníci. Jejich cílem je zmírnit její dopady a udržet planetu obyvatelnou pro budoucí generace.

• 
  Barvami proti klimatické krizi
  Barvami proti klimatické krizi

Text: Anna Sochorová • Foto: Wesley Tingey/Unsplash

Listy stromů mají různé reflexní stupně, čímž se přizpůsobují místním klimatickým podmínkám. Listy v tmavých barvách pak absorbují nejvíce energie ze slunečního záření a světlé naopak odrážejí přebytečné světlo. Tento jev se dá pozorovat třeba na jehličnatých lesích. Vzhledem k tomu, že tam mají stromy převážně omezený přístup k záření, vytvořily si tmavé jehličí, jímž za vhodných podmínek absorbují co nejvíce sluneční energie. Protikladem jsou naopak kaktusy, které mají světla nadbytek. Aby rostlina přežila, vytvořila si světlý pigment, jejž částečně odráží sluneční paprsky a brání tak jejímu popálení.

Jedním ze specifických druhů barev, které se v přírodě nacházejí, jsou také strukturované barvy. Ty se liší od klasických barviv jako jsou třeba pigmenty. Strukturované barvy jsou  založené na rozptylu světla a jejich výhodou je, že po čase neblednou, což je jeden z důvodů, proč se lidé snaží  jejich strukturu napodobit. Dalším je fakt, že široká škála barev má možnost širokého uplatnění například v kosmetickém průmyslu. Vědkyně Rupa Darji, která pracuje pro agrochemickou firmu BASF, ale poukazuje na to, že jsou tyto struktury velice složité, jejich reprodukci považuje za komplikovanou a časově náročnou. ,,Snažíme se tak přijít s efektivním a ekonomicky úsporným řešením, které nám dovolí tyto nádherné barvy přírody napodobit,'' popisuje vědkyně.

Z přírody do laboratoře

Snadnější, ale nikoliv méně efektivní, je tedy inspirovat se prvním ze zmíněných příkladů - tvorbou barvy za účelem oteplování či ochlazování pomocí pigmentů. Za velký posun v boji proti globálnímu oteplování se dá označit objevení nejbělejší barvy na světě. Xiulin Ruan a jeho výzkumný tým z americké univerzity Purdue chtěli vytvořit reflexní pigment, který by se dal použít do chladících barev. ,,Chtěli jsme zjistit, jestli je možné šetřit energii a zároveň ochlazovat planetu,‘‘ vysvětluje Ruan pro New York Times.

V roce 2020 odhalili svoji bílou barvu, která by podle výzkumu mohla fungovat jako reflektor a dokázala odrážet až 95 procent slunečních paprsků z povrchu Země do atmosféry. O několik měsíců později pak přišli s ještě účinnějším složením a navýšili tak odrážení slunečního světla na 98 procent.

Xiulin Ruan, profesor strojního inženýrství na Purdueově univerzitě, drží ve své laboratoři vzorek nejbělejší barvy v historii. Foto: Purdue University/John Underwood)

Podle Ruana může barva snížit teplotu okolních povrchů, což povede ke snížení teploty uvnitř budov a následnému poklesu využívání klimatizace. ,,I pod pražícím sluncem je povrch stále chladný na dotek,‘‘ popisuje. Na rozdíl od klimatizace barva pro své fungování nepotřebuje žádnou energii a neotepluje ani okolní vzduch.

V oficiální zprávě univerzity Purdue Ruan uvádí, že pokud by se barvou pokryla střešní plocha o rozloze zhruba 93 metrů čtverečních, bylo by možné získat deset kilowattů chladící energie. Dodává, že by barva byla výkonnější než centrální klimatizace, které se používají ve většině domácností.

Chladí i ohřívá

Další barevný objev je spojený se Stanfordskou univerzitou. Tam vyvinuli nový druh nátěru, který může v létě sloužit jako chladič a v zimě se naopak dá využít k tomu, aby bylo v budovách tepleji. Jeho výhoda je, že má mnoho barevných variant, což může být oproti Ruanově barvě někdy praktičtější z estetických, kulturních či praktických důvodů. Na druhou stranu nedokáže odrazit tolik světla jako Ruanova barva.

Přesto nátěry ze Stanfordské univerzity umožňují zásadně redukovat využívání freonů a dalších skleníkových plynů. Mohly by se tak stát alternativou topení a klimatizací, které značně přispívají k výskytu skleníkových plynů napříč světem, jak uvádí oficiální tisková zpráva Stanfordské univerzity.

Podle studie publikované v Proceedings of the National Academy of Sciences tvoří vytápění a chlazení prostor zhruba 13 procent celosvětové spotřeby energie a je také zodpovědné za 11 procent emisí skleníkových plynů. Při experimentech v uměle vytvořeném prostředí bylo dokázáno, že nové barvy dokážou zredukovat energii využívanou pro vytápění zhruba o 36 procent. V případě ochlazování se při využití těchto barev podařilo snížit potřebnou energii téměř o 21 procent.

Nový objev pak výzkumníci studovali v prostředí, které mělo napodobovat podmínky v typických bytových domech napříč Spojenými státy. Nové barvy byly využity na stěnách a střechách bytů, což vedlo k tomu, že spotřeba energie na vytápění za rok klesla o více než 7 procent.

,,Podle předpokladů budou energie a emise z vytápění nadále klesat, což souvisí s nárůstem energetické účinnosti, ale zároveň se očekává, že v oteplujícím se světě využívání klimatizací poroste, a to zejména v rozvojových ekonomikách,‘‘ uvádí Yi Cui, jeden z autorů studie a profesor na SLAC National Accelerator Laboratory v tiskové zprávě. ,,Jak v případě vytápění, tak i v případě klimatizací musíme globálně snížit energii a emise, aby se nám podařilo naše cíle splnit,‘‘ vysvětluje.

Pokud se nátěr použije i na vnější stěny a na střechy, je také možné zamezit úniku tepla. A naopak omezit nadměrné oteplování. Většina infračerveného světla projde skrze barevnou vrstvu nátěru, následně se odráží od spodní vrstvy a vrací se zpět jako světlo, které objekty neabsorbují ve formě tepla. Když infračervené paprsky slunečního záření povrchy absorbují jako teplo, způsobují téměř 50 procent přirozeného zahřívání planety.

Odrážením infračerveného světla se také snižuje potřeba klimatizace. Výzkumníci testovali složení nátěrů v několika barvách jako je například modrá, bílá či fialová. Došli k tomu, že jsou jejich barvy při odrážení infračerveného světla desetkrát lepší než běžné nátěry v těchto odstínech.

Nátěry s podobnými ambicemi, které jsou dnes na trhu, mají obvykle kovově stříbrné či šedé odstíny, což z estetického hlediska nemusí vyhovovat úplně každému. I tento potenciální problém vzali výzkumníci v potaz. Nové nátěry tvoří dvě voděodolné vrstvy, které umožní používat je i ve vlhkém prostředí, přičemž spodní infračervená reflexní vrstva je z hliníkových vloček, ale vrchní vrstva využívá nanočástice a je nabízena v široké škále barev. Lidé se tedy nebudou muset spokojit jen s barevnými odstíny bez života.
Dle výzkumníků se barvy budou moci využívat také na nákladní auta a vlaky. ,,Obě vrstvy lze nastříkat na různé povrchy s rozličnými tvary a materiály, které nabízejí dodatečnou tepelnou bariéru,‘‘ popisuje Yucan Peng, spoluautor dané studie.

Z laboratoře na trh

Zatímco Ruanova barva již míří na trh, výzkumný tým Stanfordské univerzity nyní teprve pracuje na tom, aby bylo možné jejích barvy na trh dostat. Než se tak stane, je prý nutné doladit její složení do dokonalosti. O termínu se zatím nic neví, výzkumníci ale již požádali o americký patent.

Na trhu již působí několik firem, které nabízejí barvy nejen jako estetický či ochranný prvek, ale také jako prvek ochlazující. Příkladem může být americká firma specializující se na střešní krytiny a hydroizolaci jménem GAF Roofing. Své nátěry nátěry ochlazující povrchy a okolní vzduch aplikovala firma minulý rok v Pacoimě, části Los Angeles, a dokázaly odrazit až 60 procent záření. Nebyly sice využity ve velkém - nátěr aplikovali na deset bloků v této oblasti - nicméně efekt tepelného ostrova byl podle dat, která každý měsíc sbírali, o 25-50 procent nižší než před natřením.

29. 9. 2023