Нанесение слоя краски на стены дома вскоре сможет помочь его обогреть, экономя энергию и снижая выбросы CO2. Краска также может очищать воздух, которым мы дышим, разрушая химические компоненты и загрязняющие вещества и убивая вредные микроорганизмы.
Половина годового потребления энергии в городах Европы идет на отопление и охлаждение жилых и коммерческих зданий. Несмотря на стремление ЕС к декарбонизации, 75% энергии для отопления и охлаждения производится из ископаемого топлива, в то время как только 19% вырабатывается с помощью возобновляемых источников энергии.
"Возобновляемые источники энергии используются не столь широко как хотелось бы, при этом много энергии тратится впустую", - говорит профессор Дмитрий Щукин из Ливерпульского университета в Великобритании.
Он разработал терморегулирующую краску, которая может поглощать и выделять тепло кирпичных зданий, сохраняя комнаты теплыми, когда это необходимо, используя избыток энергии.
"Основная идея состояла в том, чтобы наладить терморегуляцию старых домов с помощью таких красок", - сказал профессор. Щукин. "Если, например, у вас есть старый дом в историческом центр, вы не можете его разрушить и построить новый."
Здания являются крупнейшими потребителями энергии, говорит он. Большинство из них являются старыми и энерго-неэффективными, и на их долю приходится около 40% общего потребления энергии и 36% выбросов углекислого газа (CO2) в ЕС.
Краска, которая была разработана в рамках проекта под названием ENERPAINT, может быть использована в качестве средства изоляции для повышения энергоэффективности старых домов, не требуя при этом огромных сумм необходимых для реконструкции, говорит он. В течение дня она собирает тепло, производимое радиаторами или даже людьми, а затем излучает его ночью, когда температура падает, потому что обогреватели обычно выключаются, чтобы сэкономить на счетах за электроэнергию. Так как же она это делает?
Материалы с фазовым переходом
Это работает очень просто, - говорит профессор Щукин. "Производители красок и покрытий делают свои собственные краски, а мы просто поставляем некоторые добавки - около 5% - к краске."
Эти добавки представляют собой так называемые материалы с фазовым переходом (МФП), такие как парафины, гидраты солей и жирные кислоты, заключенные в защитные нанометровые капсулы, которые улучшают теплопередачу. МФП могут накапливать большое количество тепловой энергии и изменять своё состояние от твердого к жидкому и наоборот без изменения собственной температуры.
Разработка этой краски, которая в настоящее время проходит испытания, является частью более широкого проекта под названием ENER CAPSULE, где проф. Щукин разрабатывает подходящие покрытия для инкапсуляции МФП в наноразмерном масштабе для использования в красках, текстиле и лекарствах.
"Для красок мы использовали солевые гидраты из-за их низкой стоимости и очень высокой объемной плотности накопления энергии", - сказал проф. Щукин. "Однако их было очень трудно инкапсулировать, так как они коррозийны и гидрофильны (растворяются в воде)".
Он смог заключить гидраты солей в полимерные оболочки размером до 10 нм, что защищая их от окружающей среды, также позволяет им реагировать на тепло контролируемым образом. Материалы, которые они используют, были одобрены Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США, но не Европейским агентством по лекарственным средствам, по словам проф. Щукин.
В течение дня, когда эти энергетические нанокапсулы поглощают и накапливают тепло при температуре плавления, ПКМ превращаются в жидкость, а в холодные ночи кристаллизуются при определенной температуре, выделяя тепло и согревая помещение.
Он отметил, что европейские, китайские и российские компании проявляют интерес к их исследованиям и что теперь он надеется сделать нанокапсулы для красок, которые могут помочь охлаждать здания.
Другой тип краски, разработанный и коммерциализированный в рамках проекта под названием AIRLITE, использует наночастицы для очистки воздуха. Эти краски могут уменьшить количество загрязняющих воздух веществ, таких как диоксид азота, убивать бактерии, вирусы и плесень, удалять неприятные запахи и отталкивать пыль и грязь.
"Цель краски в проекте AIRLITE состояла в том, чтобы создать что-то, что улучшает здоровье и благополучие человека в среде современной застройки", - сказал Крис Лейтон, вице-президент по продажам и маркетингу AM Technology, компании, поддерживающей проект AIRLITE.
Загрязнение воздуха
Загрязнение воздуха считается одной из крупнейших в мире угроз здоровью, на долю которой ежегодно приходится 7 миллионов преждевременных смертей во всем мире. Мелкие частицы и химические соединения, такие как диоксид азота - например, вырабатываемые транспортными средствами и при сжигании ископаемого топлива - находятся в загрязненном воздухе и могут просачиваться в наши легкие и кровоток, вызывая сердечные приступы, инсульты, приступы астмы и другие респираторные заболевания.
AIRLITE придумали такую краску, которая улучшает качество воздуха за счет разрушения загрязняющих веществ в атмосферном воздухе. "Основным принципом является фотокатализ, (реакция, которая происходит в атмосфере земли для расщепления загрязняющих веществ)", - сказал Лейтон.
Когда ультрафиолетовые лучи солнца падают на краску, изготовленную из наночастиц диоксида титана, которые являются катализаторами, на поверхности краски высвобождаются электроны.
Электроны взаимодействуют с влагой, находящейся в воздухе, расщепляя молекулы воды на высокореактивные, короткоживущие, незаряженные ионы, называемые гидроксильными радикалами. Эти радикалы атакуют молекулы загрязняющих веществ и превращают их в безвредные вещества.
Внедрение таких катализаторов в краску было непростой задачей, говорит Лейтон. Традиционная краска сама по себе является загрязнителем. "Если их (катализаторы) поместить в краску, краска атакует сама себя, и получаются газообразные токсины."
Опасные химические вещества, известные как летучие органические соединения, содержатся в обычных красках, но AIRLITE использует для красок кальциевую основу, которая лишена их. Основа - это побочный продукт переработки мрамора в Италии, а сама краска поставляется в виде готового порошка который смешивается с водой.
Впервые краска была испытана в 2007 году в загрязненном воздухе туннеля Трафоро Умберто I в Риме. После того, как туннель был очищен, а вся сажа и грязь были удалены, он был окрашен слоем краски нейтрализующей загрязняющие вещества. Так же были установлены ультрафиолетовые лампы для активации фотокаталитических свойств краски.
После реконструкции уровень загрязнения в туннеле снизился, - сообщает Лейтон. Например, через месяц после ремонта, уровень оксида азота в центре туннеля снизился на 20%. С тех пор краска используется в больницах, школах, аэропортах, офисах и домах по всему миру, говорит Лейтон.
В прошлом году группа из 21-го уличного художника использовала эти краски для создания первой в Европе фрески, поглощающей загрязнения из воздуха, которая занимает площадь в 100 квадратных метров на семиэтажном здании в Риме.
Лейтон добавляет, что использование краски снаружи зданий может охлаждать внутренние помещения в жаркую погоду, потому что она отражает тепло от солнечного света, экономя энергию, которая пойдет на охлаждение и, следовательно, сокращая выбросы CO2.
Будем надеяться, что как только эта краска доберётся до России, ей будут покрашены дома в центре первой Балашихи и старая 2-х этажная застройка на улице Пушкина на третьей Балашихе. Ведь суммы за отопление составляют весьма приличную долю в коммунальных платежах, а уж загрязнения воздуха от Горьковского шоссе и локальных пробок в Балашихе предостаточно.
