Vzorky materiálu TARC. Kredit: Thor Swift/Berkeley Lab.

V poslední době se objevila řada technologií radiačního chlazení, které odebírají teplo svému okolí a vyzařují ho pryč. Atmosféra je pro takové záření průhledná, takže odletí do vesmíru. Existují i technologie, které jsou založené na bílé či dokonce super-bílé barvě a ochlazují okolí tím, že odrážejí sluneční záření. Oba tyto typy technologií fungují skvěle v létě. V zimě ale, bohužel, rovněž ochlazují, což není úplně žádoucí.

Inženýři amerických laboratoří Berkeley Lab vyvinuli střešní materiál, který se adaptuje na roční období. Když je léto a horko, tak tento pozoruhodný materiál odráží sluneční záření a budovu ochlazuje. V zimě se ale radiační chlazení automaticky „vypne“ a materiál přestane chladit. Materiál dostal označení TARC neboli „temperature-adaptive radiative coating“.

Experimenty s TARC na střeše. Kredit: Junqiao Wu/Berkeley Lab.

Klíčovou součástí této nové technologie je sloučenina oxid vanadičitý (VO₂), která má zvláštní vlastnosti. V roce 2017 badatelé zjistili, že když jeho teplota dosáhne 67 °C, tak vede elektrický proud, ale nikoliv teplo, což je fyzikálně skandální. Tým Berkeley Lab to využil. Vytvořili střešní materiál, který za teplého počasí absorbuje a následně vyzařuje infračervené, tedy tepelné záření, a tím ho drží pryč od budovy. Když se ochladí, stane se TARC pro tepelné záření průhledným, takže může ohřívat budovu pod střechou.

Vědci vytvořili tenké kousky materiálu TARC, zhruba o velikosti 2 cm², a porovnali jej s komerčními tmavými a naopak světlými střešními materiály. Vzorky umístili na střechu a bezdrátovými přístroji měřili sluneční záření a teplotu materiálů. Ukázalo se, že TARC funguje velmi dobře. Bez ohledu na počasí odráží asi 75 procent slunečního záření. Když teplota prostředí stoupne nad 30 °C, TARC vyzařuje zpět do vzduchu až 90 procent dopadajícího tepelného záření. V případě, že teplota okolí klesne pod 15 °C, materiál vyzařuje jen asi 20 procent tepelného záření.

Logo. Kredit: Berkeley Lab.

Badatelé pak na základě získaných dat simulovali, jak by střešní materiál TARC fungoval v 15 různých klimatických zónách napříč kontinentálními USA. Z výsledků odhadli, že střecha z TARC ušetří průměrné americké domácnosti až 10 procent jejich účtu za elektřinu. Teď přijde řada na experimenty s většími kusy materiálu TARC, jejichž účelem bude zjistit, jak je materiál praktický pro reálné střechy.

Zároveň nejde jen o střechy. Vědci podotýkají, že TARC je možné použít jako materiál pro regulaci teploty u automobilů, elektroniky, satelitů nebo dokonce látek pro oděvy či stany. Další tým, nezávislý na tomto výzkumu, nedávno ohlásil, že vyvíjí podobné materiály pro skla, včetně oken, přičemž jako jednu z komponent využívají nanočástice oxidu vanadičitého.

Literatura

New Atlas 16.12. 2021.

Science 374: 1504–1509.