นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Purdue ได้เปิดตัวสี “ultra-white” ที่สะท้อนแสงอาทิตย์ที่ส่องลงมาได้ถึง 98.1% ซึ่งเป็นระดับการสะท้อนแสงอาทิตย์ที่สูงกว่าผลิตภัณฑ์หลังคาเย็น (cool-roof) ทั่วไปที่มีอยู่เดิมซึ่งอยู่ที่ประมาณ 80-90% อย่างมาก

หลักการทำงานของสีนี้

ความโดดเด่นของสีนี้มาจากแบเรียมซัลเฟต (barium sulfate) ซึ่งเป็นแร่ธาตุที่ใช้ในเครื่องสำอางและการถ่ายภาพอยู่แล้วเนื่องจากความขาวสว่าง ทีมวิจัยของ Purdue ใช้เวลาหกปีในการทดสอบสารที่มีศักยภาพมากกว่าหนึ่งร้อยชนิด ก่อนจะตัดสินใจใช้ส่วนผสมของอนุภาคแบเรียมซัลเฟตที่มีขนาดแตกต่างกันไป ขนาดของอนุภาคที่หลากหลายนี้จะช่วยกระเจิงแสงอาทิตย์ในช่วงสเปกตรัมที่กว้างขึ้น ทำให้พลังงานแสงอาทิตย์ส่วนใหญ่ถูกส่งกลับออกไปสู่อวกาศ แทนที่จะทำให้พื้นผิวที่อยู่ด้านล่างร้อนขึ้น

เมื่ออยู่กลางแดดจัด พื้นผิวที่เคลือบด้วยสูตรใหม่นี้จะมีอุณหภูมิต่ำกว่าอากาศโดยรอบประมาณ 4.5 องศาเซลเซียส และหลังจากพระอาทิตย์ตกดิน พื้นผิวเดิมนี้ยังคงระบายความร้อนผ่านการแผ่รังสี (radiative cooling) ทำให้อุณหภูมิต่ำกว่าอากาศโดยรอบประมาณ 10.5 องศาเซลเซียส ในเชิงปฏิบัติ หลังคาขนาด 1,000 ตารางฟุตที่ทาด้วยสีนี้จะสามารถระบายความร้อนได้เทียบเท่ากับเครื่องปรับอากาศขนาด 10 กิโลวัตต์ โดยไม่ต้องใช้ไฟฟ้าเลยแม้แต่น้อย

ทำไมอินเดียจึงได้รับประโยชน์

ในช่วงเดือนฤดูร้อนของอินเดีย ความต้องการใช้ไฟฟ้าสูงสุดมักจะพุ่งสูงขึ้นเนื่องจากครัวเรือนและธุรกิจต่างๆ เปิดเครื่องปรับอากาศอย่างเต็มกำลัง การพุ่งสูงขึ้นนี้สร้างภาระให้กับโครงข่ายไฟฟ้าที่ประสบปัญหาด้านช่องว่างของกำลังการผลิตอยู่แล้ว และบีบให้หน่วยงานสาธารณูปโภคต้องเดินเครื่องโรงไฟฟ้า peaker plants ที่มีต้นทุนสูงและใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลจำนวนมาก การลดภาระการทำความเย็นของอาคารด้วยสีนี้จะช่วยลดความต้องการใช้ไฟฟ้าในช่วงพีค (flatten those peaks) ซึ่งจะช่วยลดแรงกดดันต่อโครงข่ายไฟฟ้าแห่งชาติและลดความจำเป็นในการเพิ่มกำลังการผลิตไฟฟ้า

ในเขตเมืองที่มีความหนาแน่นสูง คอนกรีต ยางมะตอย และหลังคาที่ไม่มีร่มเงาจะดูดซับและแผ่ความร้อนกลับออกมา ทำให้เกิดปรากฏการณ์เกาะความร้อนเมือง (urban heat islands) ซึ่งมีอุณหภูมิสูงกว่าพื้นที่ชนบทโดยรอบหลายองศา การนำสารเคลือบที่มีค่าการสะท้อนแสงสูงมาใช้ทั่วทั้งเมืองจะช่วยเพิ่มค่าอัลบีโด (albedo) ของหลังคาและผนังอาคาร ช่วยดึงพลังงานแสงอาทิตย์กลับสู่อวกาศได้มากขึ้น และช่วยลดอุณหภูมิโดยรวมของเมืองลง

สำหรับครัวเรือนที่มีรายได้น้อย สีนี้เป็นทางเลือกแบบ passive ที่มีการบำรุงรักษาต่ำ การทาสีนี้ใช้เครื่องมือและเทคนิคแบบเดียวกับที่ช่างทาสีในท้องถิ่นคุ้นเคยอยู่แล้ว ดังนั้นต้นทุนเริ่มแรกจึงสามารถเฉลี่ยไปตามอายุการใช้งานของสารเคลือบ ในขณะที่ค่าไฟฟ้าสำหรับเครื่องปรับอากาศจะลดลงอย่างมาก

จากห้องแล็บสู่ตลาด

ทีมวิจัยของ Purdue ออกแบบสูตรสีให้สามารถเข้ากับสายการผลิตสีในอุตสาหกรรมที่มีอยู่เดิมได้ทันที โดยไม่จำเป็นต้องปรับเปลี่ยนเครื่องจักรใหม่ทั้งหมด ซึ่งเป็นปัจจัยที่ช่วยเร่งเส้นทางจากห้องปฏิบัติการสู่หน้าร้าน โครงการนี้ได้รับการสนับสนุนจาก Cooling Technologies Research Center ของ Purdue และสำนักงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์ของกองทัพอากาศสหรัฐฯ (U.S. Air Force Office of Scientific Research) และนักวิจัยได้ยื่นจดสิทธิบัตรเรียบร้อยแล้ว ผลการทดสอบความทนทานแสดงให้เห็นว่าสารเคลือบนี้ทนต่อการแตกร้าวและการหลุดล่อน ซึ่งเป็นการแก้ปัญหาข้อวิจารณ์ทั่วไปเกี่ยวกับเทคโนโลยีหลังคาเย็นในยุคก่อนที่เสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วเมื่อต้องเผชิญกับสภาพอากาศที่รุนแรง

บทสรุป

สี ultra-white ของ Purdue แสดงให้เห็นว่าการปรับเปลี่ยนวัสดุที่ค่อนข้างเรียบง่ายสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการสะท้อนแสงอาทิตย์ได้อย่างก้าวกระโดด ซึ่งเป็นแนวทางที่ใช้พลังงานต่ำในการทำให้อาคารและเมืองเย็นลง สำหรับประเทศอย่างอินเดียที่อุณหภูมิที่พุ่งสูงขึ้นเป็นตัวขับเคลื่อนความต้องการใช้ไฟฟ้าให้สูงขึ้นเรื่อยๆ และซ้ำเติมปัญหาเกาะความร้อนเมือง สารเคลือบนี้อาจกลายเป็นเครื่องมือที่คุ้มค่าในชุดเครื่องมือเพื่อการปรับตัวต่อสภาพภูมิอากาศ (climate-adaptation toolbox) หากสามารถจัดการเรื่องความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ในการใช้งานระดับใหญ่ และประสิทธิภาพในการใช้งานจริงเป็นไปตามที่สัญญาไว้