Люминесцентные материалы могут охлаждать наши города и освещать улицы

Oct 27, 2023

Представьте себе город, который может светиться в темноте, без электричества. Однажды это может стать реальностью благодаря люминесцентным материалам.

Такие материалы уже используются для аварийного освещения, уличных указателей и декораций. Но когда-нибудь их можно будет использовать для охлаждения наших городов и одновременного сокращения потребления электроэнергии.

Охлаждающий эффект: Городские острова тепла образуются потому, что города представляют собой плотные скопления теплопоглощающих материалов, таких как стальные здания или асфальтированные улицы и парковки. Эти материалы поглощают энергию солнца и выделяют ее в виде тепла.

Чтобы сохранить прохладу, исследователи придумывают сложные технологии, такие как радиационное охлаждение, или простые решения, такие как покрытие крыш белой охлаждающей бумагой или покраска их ультрабелой краской.

«Это лучше для окружающей среды. Если технологию можно улучшить, мы сможем использовать меньше энергии. Это того стоит».

Но некоторые ученые утверждают, что фотолюминесцентные материалы — еще лучший выбор, поскольку белая краска может быть более эффективной при смешивании с люминесцентными материалами.

«Вы можете сделать [поверхность] максимально отражающей. Но можете ли вы пойти дальше? Идея состоит в том, что, возможно, вы можете пойти немного дальше, используя постоянное свечение как еще один способ передачи энергии… Это интересно», Патрик Э. Фелан, инженер-механик из Университета штата Аризона, рассказал журналу Knowable Magazine.

Свет, а не тепло: Исследователи из лаборатории Лоуренса в Беркли исследовали эту теорию, сделав холодные цвета еще круче. По сути, люминесцентные материалы выделяют энергию в виде света, а не тепла.

Команда под руководством Пола Бердала, физика-эколога, ныне вышедшего на пенсию, экспериментировала с синтетическим рубином, который люминесцирует на солнечном свете. Они обнаружили, что поверхность, состоящая из синтетического рубина, была более прохладной на солнечном свете по сравнению с материалом аналогичного цвета, но без рубина.

Затем они попытались добавить в бетон несколько люминесцентных материалов. Они обнаружили, что по сравнению с нелюминесцентным бетоном того же цвета люминесцентные материалы могут снизить температуру близлежащего воздуха на целых 3,3 градуса Цельсия — почти на 6 градусов по Фаренгейту.

«Это лучше для окружающей среды», — сказал Бердал журналу Knowable Magazine. «Если технологию удастся улучшить, мы сможем использовать меньше энергии… Это того стоит».

Но люминесцентным материалам пришлось бы снижать температуру гораздо больше, чем на несколько градусов, чтобы заставить людей перекрашивать крыши — если только они не преследуют двойную цель.

Автономный свет:Помимо снижения температуры наружного воздуха в городах за счет частичного преобразования энергии, поглощаемой солнцем, в свет, а не в тепло, люминесцентные материалы также могут снизить потребление энергии за счет освещения городских улиц и тротуаров.

В некоторых европейских городах уже есть светящиеся в темноте велосипедные дорожки, а некоторые исследователи рассматривают возможность использования люминесцентной краски для дорожных разметок. Светящиеся здания могут даже уменьшить потребность в уличном освещении, сообщает журнал Knowable Magazine.

По данным Министерства энергетики, наружное освещение потребляет много энергии — 1,3 квадриллиона БТЕ в США — поэтому низкоэнергетические альтернативы, такие как светящаяся краска, могут иметь значение в некоторых обстоятельствах.

Инженер-строитель Университета Перуджи Анна Лаура Пизелло хотела точно знать, насколько эффективной может быть люминесцентная краска.

В ее лаборатории создали краску, светящуюся в темноте, и смоделировали, что произойдет, если ею покрасить общественный маршрут возле железнодорожного вокзала. Они обнаружили, что краска сократит количество энергии, необходимой для освещения в близлежащем регионе, примерно на 27%, освещая дорогу в течение ночи.

Но прежде чем наши города смогут превратиться в светящуюся энергоэффективную среду, нам еще предстоит преодолеть проблемы — например, сохранить свечение в течение долгих темных зимних месяцев или понять, какое влияние определенные длины волн могут оказать на дикую природу.