Loại sơn mới giúp cách nhiệt tốt hơn và giảm khí thải nhà kính

Hệ thống sưởi ấm và làm mát không khí chiếm khoảng 13% năng lượng sử dụng toàn cầu và khoảng 11% lượng khí thải nhà kính.

Theo một nghiên cứu mới được công bố trên Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (PNAS) tại Mỹ, các loại sơn mới được phát minh đã giúp làm giảm năng lượng sử dụng để sưởi ấm khoảng 36% trong các thí nghiệm môi trường lạnh. Chúng cũng làm giảm gần 21% năng lượng cần thiết để làm mát trong môi trường nóng.

Trong các mô phỏng về một tòa nhà chung cư trung tầng ở các vùng khí hậu khác nhau trên khắp nước Mỹ, khi loại sơn mới được phủ lên tường và mái nhà đã cho thấy tổng mức sử dụng năng lượng cho hệ thống sưởi, thông gió và điều hòa không khí đã giảm 7,4% trong vòng 1 năm. 

Yi Cui, giáo sư khoa học và kỹ thuật vật liệu, tác giả chính của nghiên cứu cho biết: "Năng lượng và khí thải từ sưởi ấm được dự báo sẽ tiếp tục giảm nhưng việc sử dụng điều hòa lại đang tăng lên, đặc biệt là ở các nền kinh tế đang phát triển". 

"Đối với cả hệ thống sưởi và điều hòa không khí, chúng ta phải giảm năng lượng và khí thải trên toàn cầu để đáp ứng các mục tiêu không phát thải. Làm thế nào để giảm sự trao đổi nhiệt giữa không gian sống và làm việc của con người và môi trường xung quanh đang được chú ý nhiều hơn, các vật liệu mới để tăng cường cách nhiệt từ đó cũng được cải tiến", ông Cui nói. 

Các loại sơn có độ phát xạ thấp hiện nay thường có màu bạc hoặc xám kim loại, do tính thẩm mỹ nên việc sử dụng chúng còn hạn chế. Các loại sơn mới được phát minh có 2 lớp được áp dụng riêng biệt: lớp dưới cùng phản xạ tia hồng ngoại sử dụng các mảnh nhôm và lớp trên siêu mỏng, trong suốt bằng tia hồng ngoại sử dụng các hạt nano vô cơ có nhiều màu sắc khác nhau. 

Quang phổ hồng ngoại của ánh sáng mặt trời gây ra 49% nhiệt độ tự nhiên của hành tinh khi nó được các bề mặt hấp thụ.

Để giữ nhiệt, sơn có thể được sơn cho các bức tường bên ngoài và mái nhà. Hầu hết ánh sáng hồng ngoại này xuyên qua lớp màu của lớp sơn mới, phản xạ khỏi lớp bên dưới và thoát ra ngoài dưới dạng ánh sáng, không bị vật liệu xây dựng hấp thụ dưới dạng nhiệt. 

Để giữ nhiệt bên trong, sơn được sơn cho các bức tường bên trong, nơi một lần nữa, lớp dưới phản xạ ánh sáng hồng ngoại truyền năng lượng trong không gian và mắt người không nhìn thấy được.

Cụ thể, có tới khoảng 80% ánh sáng hồng ngoại được phản xạ bởi các loại sơn, giúp giữ nhiệt bên trong khi thời tiết lạnh và bên ngoài khi thời tiết nóng. Lớp màu cũng phản chiếu một số ánh sáng cận hồng ngoại, tăng cường khả năng giảm điều hòa không khí. Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm các loại sơn của họ với màu trắng, xanh dương, đỏ, vàng, xanh lá cây, cam, tím và xám đậm. 

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng chúng tốt hơn gấp 10 lần so với các loại sơn thông thường có cùng màu trong việc phản chiếu ánh sáng hồng ngoại trung bình cao.

Yucan Peng, đồng tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: "Cả hai lớp sơn có thể được phun lên các loại bề mặt có hình dạng và vật liệu khác nhau để cung cấp thêm một rào cản nhiệt trong nhiều tình huống khác nhau". 

Các nhà nghiên cứu cũng đánh giá mức độ thực tế của sơn trong các tình huống khác nhau. Cả 2 lớp sơn đều không thấm nước, giúp tăng cường độ ổn định trong môi trường ẩm ướt. Các nhà nghiên cứu cho biết các bề mặt sơn có thể được làm sạch dễ dàng bằng vải ướt hoặc xối bằng nước. Hơn nữa, hiệu suất và tính thẩm mỹ của sơn không bị giảm đi sau khi tiếp xúc liên tục trong một tuần với nhiệt độ cao (176 độ F), nhiệt độ thấp (-320,5 độ F), cũng như môi trường có tính axit cao và axit thấp. 

"Nhóm của chúng tôi tiếp tục làm việc để điều chỉnh công thức sơn cho các ứng dụng thực tế. Ví dụ, dung dịch gốc nước sẽ thân thiện với môi trường hơn các dung môi hữu cơ mà chúng tôi đã sử dụng. Điều đó có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc thương mại hóa các loại sơn ", đồng tác giả chính của nghiên cứu, Jian-Cheng Lai cho biết. 

Đan Thùy