Инновационная краска: охлаждение и сбор воды из воздуха

Исследователи из Университета Сиднея и стартапа Dewpoint Innovations разработали уникальное полимерное покрытие, похожее на краску, способное пассивно охлаждать здания и собирать воду прямо из воздуха, причем без затрат энергии. Это изобретение может стать решением проблемы нехватки воды и снизить энергопотребление систем охлаждения.

Команда под руководством профессора Кьяры Нето создала пористое полимерное покрытие, которое отражает до 97% солнечного света и излучает тепло в атмосферу. Благодаря этому поверхность остается до 6°C прохладнее окружающей среды даже под прямыми солнечными лучами. Это создает идеальные условия для конденсации водяного пара из воздуха, подобно тому, как пар конденсируется на зеркале в ванной.

Профессор Нето отмечает, что это открывает путь к устойчивым, недорогим и децентрализованным источникам пресной воды, что особенно важно в условиях изменения климата и растущего дефицита водных ресурсов. В ходе шестимесячного исследования на крыше Сиднейского нанонаучного центра, сбор росы был возможен более чем в 32% случаев, обеспечивая стабильное пополнение запасов воды даже в периоды без дождей. При оптимальных условиях покрытие способно собирать до 390 мл воды с квадратного метра в сутки, что достаточно для удовлетворения ежедневных потребностей одного человека с поверхности площадью 12 квадратных метров.

Исследование, опубликованное в журнале Advanced Functional Materials, демонстрирует возможность интеграции пассивного охлаждения и сбора атмосферной влаги в материал, похожий на краску, для широкомасштабного применения. Большие площади сбора делают краску универсальной: вода может использоваться для нужд животноводства, высокоценного растениеводства, охлаждения методом распыления или даже для производства водорода.

В отличие от традиционных белых красок, пористое покрытие на основе поливинилиденфторида-со-гексафторпропилена (PVDF-HFP) не использует пигменты, отражающие ультрафиолет, такие как диоксид титана. Доктор Мин Чиу, ведущий автор исследования и технический директор Dewpoint Innovations, поясняет, что высокая отражательная способность достигается за счет внутренней пористой структуры, что обеспечивает долговечность без экологических недостатков пигментных покрытий. Отказ от УФ-поглощающих материалов позволяет преодолеть ограничения по солнечной отражательной способности, избегая бликов благодаря диффузному отражению. Этот баланс между эффективностью и визуальным комфортом упрощает интеграцию и повышает привлекательность для практического применения.

В течение шестимесячного испытания на открытом воздухе команда фиксировала данные об охлаждении и сборе воды, подтверждая стабильную работу без деградации даже под суровым австралийским солнцем. Аналогичные технологии часто демонстрируют быстрое ухудшение характеристик. Помимо сбора воды, эти покрытия могут способствовать снижению эффекта городского острова тепла, уменьшению потребности в кондиционировании воздуха и обеспечению климатически устойчивых источников воды в регионах, испытывающих дефицит тепла и воды.

Профессор Нето подчеркивает, что исследование ставит под сомнение предположение о том, что сбор росы эффективен только во влажном климате. Хотя влажные условия идеальны, роса может образовываться даже в засушливых и полузасушливых регионах, где ночная влажность повышается. Цель — не заменить дождевую воду, а дополнить ее, предоставляя воду там и тогда, где другие источники ограничены.

Компания Dewpoint Innovations в настоящее время разрабатывает водорастворимую формулу краски, которую можно наносить обычными валиками или распылителями, чтобы вывести разработку из лаборатории на крыши. Перзан Мехта, генеральный директор Dewpoint Innovations, выражает гордость сотрудничеством с Университетом Сиднея для реализации этого прорыва в пассивном атмосферном сборе воды с помощью передовых покрытий на основе красок. Он называет это масштабируемым, энергонезависимым решением, которое превращает крыши и удаленную инфраструктуру в надежные источники чистой воды, помогая решить актуальную проблему нашего времени.

Учитывая, что более 2 миллионов австралийских домов уже собирают дождевую воду, профессор Нето предполагает, что крыши, собирающие росу, могут стать дополнением к существующим системам. «Представьте себе крыши, которые не только остаются прохладными, но и производят собственную пресную воду — вот обещание этой технологии», — говорит она. Инновация группы Нето была лицензирована Университетом Сиднея стартапу Dewpoint Innovations в 2022 году. Ее коммерциализация представляет собой значительный шаг к созданию масштабируемых, экологически чистых решений для сбора воды и пассивного охлаждения с потенциальным применением в строительной индустрии, сельском хозяйстве, удаленных сообществах и городской инфраструктуре.