تقنية جديدة لتبريد المنازل.. طلاء يعكس أشعة الشمس ويطلق الحرارة إلى الفضاء

طور باحثون في جامعة جنوب فلوريدا الأمريكية طلاءً أبيض خاصًا يمكن أن يوفر وسيلة جديدة لتبريد المباني، وخفض استهلاك الطاقة، وتقليل الاعتماد على أجهزة تكييف الهواء، من خلال عكس أشعة الشمس وإطلاق الحرارة باتجاه الفضاء الخارجي.

ويُوضع الطلاء المبتكر، الذي يتميز بخاصية التبريد الذاتي، على أسطح المباني، ويمكنه عكس ما يصل إلى 98% من أشعة الشمس، كما أظهرت الاختبارات الخارجية قدرته على خفض درجة حرارة الأسطح بما يصل إلى 13.5 درجة مئوية مقارنة بدرجة حرارة الهواء المحيط.

وطُوّر الطلاء في مختبر البروفيسور يوجي جوسوامي، الأستاذ الجامعي المتميز بجامعة جنوب فلوريدا، الذي استلهم ابتكاره من الارتفاع المستمر في درجات الحرارة عالميًا، وتزايد الحاجة إلى حلول فعالة لتبريد المباني وترشيد استهلاك الطاقة.

وأوضح جوسوامي، أن نحو 25% من إجمالي الطاقة المستهلكة في الولايات المتحدة يُستخدم في تبريد المباني، مشيرًا إلى أن الاعتماد على أجهزة التكييف يتزايد في أوروبا، التي لم يكن استخدامها فيها تقليديًا بالقدر نفسه، بينما تتوسع إتاحة تقنيات التبريد في دول ذات كثافة سكانية مرتفعة، مثل الهند والصين.

وقال جوسوامي، إن الطلاء الجديد قد يكون قادرًا على خفض فواتير الطاقة بنسبة تصل إلى 50%، معتبرًا أن تحقيق ذلك سيمثل مكسبًا كبيرًا لاستهلاك الطاقة في الولايات المتحدة والعالم.

ويظل هذا الرقم تقديرًا طرحه الباحث، وليس نسبة خفض أثبتتها الاختبارات المنشورة للطلاء حتى الآن.

كيف يعمل الطلاء على تبريد الأسطح؟

تعتمد التقنية على الاستفادة من قدرة الفضاء الخارجي على استقبال الحرارة، إذ تستغل ما يُعرف باسم «النافذة الجوية»، وهي نطاق من الأطوال الموجية يسمح بمرور بعض الإشعاع الحراري عبر الغلاف الجوي إلى الفضاء، بدلًا من احتجازه بالقرب من سطح الأرض.

وصمم فريق جوسوامي الطلاء بحيث يطلق الحرارة في هذه الأطوال الموجية، ما يسمح بانتقالها عبر الغلاف الجوي إلى الفضاء الخارجي، ويساعد على إبقاء الأسطح عند درجات حرارة أقل من درجة حرارة الهواء المحيط بها.

ويستفيد الابتكار من انخفاض درجة حرارة الفضاء الخارجي الشديدة، التي تقترب من الصفر المطلق، بوصفه مستودعًا حراريًا يمكن أن تنتقل إليه الطاقة الحرارية المنبعثة من الأسطح.

وطوّر الباحثون الطلاء داخل مركز «تيكو» لأبحاث الطاقة النظيفة التابع لجامعة جنوب فلوريدا، باستخدام مواد طبيعية صُممت لتعزيز انعكاس أشعة الشمس وتقليل امتصاص الأسطح للحرارة.

اختبارات خارجية استمرت 28 يومًا

اختبر الباحثون كفاءة الطلاء في ظروف خارجية فعلية، بدلًا من الاقتصار على التجارب داخل المختبرات أو البيئات المغلقة، واستخدموا ثلاث عينات، تتكون كل منها من طبقة عازلة للحرارة في الأسفل، تعلوها طبقة من رقائق الألومنيوم.

وطُليت العينة الأولى بالطلاء الجديد ذي خاصية التبريد الذاتي، بينما غُطيت العينة الثانية بطلاء تجاري مخصص للأسطح الباردة، في حين تُركت العينة الثالثة برقائق الألومنيوم دون طلاء.

وثبت الباحثون مقاييس حرارة على العينات الثلاث، وسجلوا درجات حرارتها يوميًا من الساعة العاشرة صباحًا حتى الخامسة مساءً، على مدار 28 يومًا في مدينة تامبا بولاية فلوريدا الأمريكية.

وأظهرت النتائج، أن الطلاء الجديد حافظ بصورة منتظمة على درجات حرارة أقل من درجة حرارة الهواء المحيط، وسجل أقصى انخفاض بلغ 13.5 درجة مئوية خلال فترة الاختبار.

وقال جوسوامي، إن دراسات خارجية سابقة اختبرت الطلاء في بيئات داخلية خاضعة للتحكم، بينما تكمن الحاجة الفعلية إلى تقنيات التبريد في الظروف الخارجية التي تتعرض فيها المباني لأشعة الشمس والحرارة.

وأضاف، أن الاختبارات أثبتت قدرة الطلاء على العمل في الظروف الميدانية، مشيرًا إلى أن فريقه يعمل حاليًا على تهيئته ليصبح متاحًا للاستخدام التجاري.

ويختلف الطلاء الجديد عن الدهانات التقليدية المخصصة للأسطح الباردة، التي تعتمد بصورة أساسية على تقليل امتصاص الحرارة، إذ أظهرت التقنية الجديدة قدرة على خفض حرارة الأسطح إلى مستويات تقل عن درجة حرارة الهواء المحيط، من خلال الجمع بين عكس أشعة الشمس والتخلص من الحرارة بالإشعاع.

خطوات تمهيدية لطرح الطلاء تجاريًا

حصلت التقنية على حماية أولية من خلال تقديم طلب براءة اختراع مؤقتة، ويعمل مختبر جوسوامي حاليًا على تطوير طبقة واقية شفافة يمكن وضعها فوق الطلاء، بهدف تعزيز قدرته على تحمل الظروف البيئية، مثل الرياح والأمطار، مع الحفاظ على كفاءته في التبريد.

ويتوقع جوسوامي، أن تكون المباني التجارية من أوائل المنشآت التي ستستخدم الطلاء الجديد، قبل التوسع لاحقًا إلى المباني السكنية.

ويمكن أن تسهم التقنية، إذا نجحت في الوصول إلى مرحلة الإنتاج التجاري مع الحفاظ على أدائها في الاختبارات الميدانية، في تقليل تكاليف تبريد المباني واستهلاك الكهرباء، فضلًا عن دعم كفاءة الطاقة وتوفير حلول أكثر استدامة لمواجهة الطلب المتزايد على التبريد مع ارتفاع درجات الحرارة.