Учёные из КНР создали особый состав, который позволяет понижать температуру стен и ёмкостей на 25 градусов Цельсия, не расходуя при этом электроэнергию, воду или хладагенты. Данное покрытие объединяет в себе две ключевые функции: интенсивное отражение солнечного света и рассеивание тепла в инфракрасном спектре. Разработка уже опробована в полевых условиях и готова к серийному выпуску.
Ирина Петрова
Резервуар слева покрыт экспериментальной краской, справа — контрольный. Источник: Science and Technology Daily/ hi-tech.mail.ru
Внедрение подобных материалов знаменует собой переход от энергозатратных методов охлаждения к пассивным технологиям, которые работают за счёт физических свойств самого вещества.
В промышленности, где каждый градус перегрева оборачивается рисками для оборудования и персонала, такая альтернатива водяному распылению или принудительной вентиляции способна снизить эксплуатационные расходы и уменьшить нагрузку на локальные водные ресурсы.
Особенно это актуально для регионов с дефицитом пресной воды или для удалённых объектов, где поддержание инфраструктуры охлаждения требует значительных логистических затрат.
Протестировано на сферических емкостях сжиженного газа
Над созданием материала трудилась совместная группа специалистов из сучжоуской компании, работающей в сфере строительной экологии, и Харбинского политехнического института. Испытания длились полгода и проводились на объекте нефтехимической отрасли, расположенном на острове Хайнань. В качестве тестовой поверхности выбрали сферическую ёмкость объёмом 3000 кубометров, предназначенную для хранения сжиженного газа.
В солнечный день при окружающей температуре около 30 °C оболочка обработанной ёмкости прогревалась примерно на 25 °C меньше, чем стенка аналогичного резервуара со стандартным покрытием. Внутри же температура снижалась приблизительно на 7 °C. Для предприятий нефтехимии это критически важно, поскольку чрезмерный нагрев приводит к росту давления в ёмкости и создаёт дополнительные угрозы безопасности.
Раньше для охлаждения таких резервуаров использовались системы водяного распыления. Чтобы добиться схожего результата, на один объект требовалось тратить около 35 тонн воды в сутки. Новое покрытие действует пассивно и не нуждается ни в электричестве, ни в охлаждающих веществах.
В состав материала входят специальные неорганические наполнители и полимерные связующие. Покрытие отражает значительную часть солнечных лучей, а накопленное тепло отдаёт в форме инфракрасного излучения. Для этого используется так называемое атмосферное окно в диапазоне 8–13 микрометров: волны такой длины проходят сквозь атмосферу и уносят энергию в открытый космос.
В основе материала – микроструктура человеческой кожи
Ранее основным препятствием для широкого применения подобных составов была необходимость наносить их толстым слоем, чтобы одновременно обеспечить высокий уровень отражения и эффективное инфракрасное излучение. Китайские исследователи решили эту задачу, обратившись к биомиметике: подсказкой послужила микроструктура человеческой кожи и её морщин.
В итоге толщину слоя удалось уменьшить с 500 до 100 микрометров. При этом показатели отражения солнечного света и инфракрасной излучательной способности достигли 97%. Материал также продемонстрировал отличную прочность: за 180 дней тестирования покрытие пережило 40 тысяч циклов мойки, не дав ни вздутий, ни отслоений. Ожидаемый срок службы оценивается в 15 лет.
Сфера применения
Сфера применения новой краски не ограничивается промышленными резервуарами. Её можно наносить на фасады зданий и элементы инфраструктуры, чтобы уменьшить перегрев помещений. В ходе экспериментов в городских условиях использование состава позволяло снизить внутреннюю температуру на 4 °C, а в тропическом климате — на 1 °C.
Разработчики не ограничились только проверкой на нефтехимических ёмкостях. В планах компании — расширение линейки покрытий под разные типы поверхностей, включая бетон, металл и композитные материалы.
Это позволит адаптировать состав к конкретным климатическим условиям: для засушливых пустынных районов, где суточные перепады температур особенно велики, и для влажных тропиков, где важно не только отражать солнечную энергию, но и эффективно отводить избыточное тепло ночью.
Уже сейчас ведутся испытания на образцах стеновых панелей и кровельных конструкций, чтобы оценить поведение материала при регулярных механических нагрузках, ультрафиолетовом воздействии и перепадах влажности.
Практическая ценность покрытия выходит за рамки промышленной безопасности. В городской среде, где асфальт и тёмные фасады создают эффект теплового острова, массовое применение таких красок может снизить общую температуру в кварталах на несколько градусов, уменьшив потребность в кондиционировании зданий.
Это, в свою очередь, сокращает пиковую нагрузку на электросети в жаркие месяцы и косвенно влияет на выбросы парниковых газов от электростанций. Для муниципалитетов это становится инструментом климатической адаптации, не требующим перестройки инфраструктуры, а лишь планового обновления фасадов и кровель в рамках текущих ремонтных циклов.
Устойчивость покрытия к многократной мойке и длительному сроку службы делает его экономически привлекательным не только для новых объектов, но и для модернизации существующих. Затраты на нанесение быстро окупаются за счёт отказа от регулярного водяного охлаждения и снижения аварийных простоев, связанных с перегревом оборудования.
Производственная линия, рассчитанная на сотни тысяч тонн в год, позволяет обеспечивать потребности как крупных промышленных узлов, так и средних строительных компаний. Ожидается, что после стандартизации рецептуры и выпуска технических регламентов покрытие получит допуск для применения в жилом и гражданском строительстве, что станет следующим шагом к массовому внедрению пассивного охлаждения в повседневную практику.
После множества опытных партий разработчики отработали технологический процесс производства — от помола сырья и подготовки смеси до контроля готовой продукции. Заявленная мощность промышленной линии составляет до 600 тысяч тонн покрытия ежегодно.