Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Lớp sơn mới cách nhiệt tốt, tiết kiệm năng lượng, chi phí và giảm phát thải cacbon (22/08/2023)

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Stanford, Hoa Kỳ đã phát minh ra loại sơn mới giữ cho nhà ở và các tòa nhà mát hơn vào mùa hè và ấm hơn vào mùa đông, làm giảm đáng kể việc sử dụng năng lượng, chi phí và khí thải nhà kính.

Hệ thống sưởi ấm và làm mát không gian chiếm khoảng 13% năng lượng được sử dụng trên toàn cầu và gây ra 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, loại sơn mới đã giảm khoảng 36% năng lượng sưởi ấm trong các thí nghiệm mô phỏng môi trường lạnh nhân tạo. Năng lượng làm mát đã giảm gần 21% năng lượng cần để làm mát trong điều kiện môi trường nhân tạo ấm áp. Trong các mô phỏng tòa nhà chung cư tầng trung thông thường tại nhiều vùng khí hậu khác nhau ở Hoa Kỳ được phủ lớp sơn mới trên tường và mái ở bên ngoài, tổng mức tiêu thụ năng lượng của hệ thống sưởi, thông gió và điều hòa không khí đã giảm 7,4% trong vòng một năm.

Yi Cui, giáo sư khoa học và kỹ thuật vật liệu và là tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Năng lượng và khí thải từ hoạt động sưởi ấm được dự báo sẽ tiếp tục giảm do hiệu quả năng lượng cao hơn, nhưng nhu cầu sử dụng điều hòa, đặc biệt là ở các nền kinh tế đang phát triển trong bối cảnh khí hậu ấm lên, lại đang gia tăng”.

Giải pháp đầy màu sắc

Các loại sơn có độ phát xạ thấp hiện nay thường có màu bạc hoặc xám kim loại, đã hạn chế việc sử dụng chúng do tính thẩm mỹ. Tuy nhiên, loại sơn mới được phát minh có hai lớp riêng biệt: lớp dưới phản xạ tia hồng ngoại sử dụng các mảnh nhôm và lớp trên siêu mỏng, trong suốt sử dụng các hạt nano vô cơ nhiều màu. Quang phổ hồng ngoại của ánh nắng mặt trời sản sinh 49% nhiệt độ tự nhiên của hành tinh khi nó được các bề mặt hấp thụ.

Để giữ nhiệt, sơn được phủ lên các bức tường bên ngoài và mái nhà. Hầu hết ánh sáng hồng ngoại này xuyên qua lớp màu sắc của loại sơn mới, phản xạ 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 phủ lên các bức tường bên trong, ở đó, lớp dưới phản xạ sóng hồng ngoại truyền năng lượng trong không gian và mắt người không nhìn thấy được.

Cụ thể, khoảng 80% ánh sáng hồng ngoại có bước sóng trung bình cao được phản xạ bởi các loại sơn, thực hiện hầu hết chức năng giữ nhiệt bên trong khi thời tiết lạnh và giữ nhiệt bên ngoài khi thời tiết nóng. Lớp màu cũng phản chiếu một phần ánh sáng cận hồng ngoại, làm tăng khả năng giảm điều hòa không khí. Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm các loại sơn có màu trắng, xanh dương, đỏ, vàng, xanh lá cây, cam, tím và xám đậm. Kết quả cho thấy chúng tốt hơn gấp 10 lần sơn thông dụng cùng màu trong việc phản chiếu ánh sáng hồng ngoại trung bình cao.

Không chỉ dành cho các tòa nhà

Loại sơn mới không chỉ được phủ bên ngoài các tòa nhà để cải thiện hiệu quả năng lượng, mà còn dùng cho nhiều nơi khác. Ví dụ, phủ sơn lên xe tải và các toa tàu vận tải đông lạnh có thể làm giảm một nửa phí vận chuyển.

Yucan Peng, tác giả chính của nghiên cứu cho rằng: “Cả hai lớp có thể được phun lên các bề mặt nhiều hình dạng và được làm từ nhiều vật liệu khác nhau để tạo thêm một rào cản nhiệt trong các tình huống đa dạng”.

Các nhà nghiên cứu cũng đánh giá tính thực tế của loại sơn mới trong các tình huống khác nhau. Cả hai lớp của sơn đều không thấm nước, giúp tăng cường độ ổn định trong môi trường ẩm ướt. Ngoài ra, bề mặt sơn có thể được làm sạch dễ dàng bằng vải ướt hoặc xối nước. Hơn nữa, hiệu suất và tính thẩm mỹ của sơn không bị giảm đi sau một tuần tiếp xúc với nhiệt độ cao (80^oC), nhiệt độ thấp (-195,83^oC), cũng như môi trường có tính axit cao và thấp.

Jian-Cheng Lai, giáo sư kỹ thuật hóa học và là đồng tác giả nghiên cứu cho biết: "Chúng tôi đang tiếp tục nghiên cứu để điều chỉnh các công thức sơn dành cho những ứng dụng thực tế. Ví dụ, các dung dịch gốc nước sẽ thân thiện với môi trường hơn các dung môi hữu cơ mà chúng tôi đã sử dụng. Điều đó thúc đẩy hoạt động thương mại hóa loại sơn mới".

N.P.D (NASATI), theo https://phys.org/news/2023-08-extra-insulation-energy-carbon-emissions.html#google_vignette, 14/8/2023

Ngày cập nhật: 22/8/2023

https://vista.gov.vn/vi/news/khoa-hoc-ky-thuat-va-cong-nghe/lop-son-moi-cach-nhiet-tot-tiet-kiem-nang-luong-chi-phi-va-giam-phat-thai-cacbon-7207.html