史上最白涂料出炉，制冷效果堪比空调？用“白屋顶”抗击城市热岛效应越来越普遍
美国普渡大学近期宣布，该校研究团队成功研发出史上最白涂料，能反射高达98.1%的可见光。
最白涂料的诞生，貌似与我们的生活没有太大联系，但它的一个强大功能——降温，使其一下子成为全球媒体关注焦点，包括美国《华盛顿邮报》、美国广播公司、英国《卫报》等媒体都报道了这款“史上最白，也是最冷的涂料”。
“我们一直希望能研发出具全天候制冷效果的涂料，最后就是这款最白涂料的诞生。”参与该研究的李翔宇博士日前接受了晨报记者的专访。他期望，这款最白涂料能大幅减少对空调的制冷需求，从而帮助应对全球变暖。
在复旦大学环境科学与工程系研究员余兆武看来，随着城市化的发展，城市热岛效应已成为最重要的城市环境问题之一，也是影响居民健康的重要因素。因此，“最白涂料”的诞生无疑值得关注。“为了应对城市热岛效应，很多城市已经开始用包括白色涂料在内的浅色材料涂装屋顶、墙面还有路面。”余兆武接受晨报记者采访时如此表示。
最白涂料的诞生
自上世纪70年代以来，科学家们就一直尝试研发对可见光具有高反射率的降温涂料，以减少甚至替代空调的使用。
美国普渡大学就有这样一个研究团队。经过6年的努力，华裔科学家阮修林带领的团队终于研发出史上最白涂料，该研究成果以封面文章的形式刊登在上月的《美国化学学会·应用材料与界面》上。
普渡大学教授阮修林手拿最白涂料样本。图片来源：普渡大学/Jared Pike
据介绍，这款史上最白涂料能反射高达98.1%的可见光，大大减少对于太阳光中紫外线以及红外线的吸收。与此相比，市面上售卖的反射性降温涂料一般只能反射80-90%的太阳光。
“辐射制冷涂料已有40多年的发展，但始终不能实现全天候制冷，所以我们试图研发具全天候制冷效果的涂料。要想实现这一点，最关键的就是提高对可见光的反射率，于是我们便着手研发最白涂料。”李翔宇接受晨报记者专访时如此谈到了研发初衷。
现为麻省理工大学机械学院博士后的李翔宇，在普渡大学攻读博士学位时参与了这一最白涂料的研发工作，同时也是论文的第一作者。
据介绍，这款史上最白涂料之所以成为可能，有两个关键点：一是这种涂料用到了高浓度的硫酸钡，以替代商业涂料中一般用到的二氧化钛。
“加入硫酸钡的涂料拥有极高的反射率，也就说，可以变得很白很白。”李翔宇说。
第二个关键点是，涂料中的硫酸钡颗粒大小各异，因为硫酸钡颗粒散射光线的程度取决于它的大小，所以扩大颗粒尺寸涵盖的范围可以增加对太阳光的反射率。
据悉，研究人员尝试了100多种不同的材料，再将范围缩小到10种，针对每种材料都测试了大约50种不同的配方，最终研发出了这款最白涂料。
减少空调的制冷需求
对于这款最白涂料，最受关注的是：它的降温效果到底如何，比如与空调相比？
对此，李翔宇回答称，这款最白涂料的实际降温效果与房屋整体结构、绝热情况、天气情况、地理位置等都密切相关，很难一概而论。“不过，在我们测试中以及简化模型下，我们将白色涂料放在外面，结果显示，涂料可以实现降温4—10摄氏度的效果。”
如果和空调的制冷功率相比，“100平方米面积的涂料可以提供10千瓦的制冷效果，粗略估计，相当于2千瓦空调的制冷效果。”
不仅有强大的降温效果，还有一点是空调无法比拟的。那就是，传统空调会把热量留在地球表面——只是从建筑里内部转移到了外部，而最白涂料可以把热量释放到太空。用李翔宇的话来说，“相当于一个不消耗能量的空调系统”。
正因如此，可以说，这款最白涂料具有真正的降温效果。研究小组计算出，如果0.5%到1%的地球表面涂这种最白涂料，例如用它涂抹屋顶、路面等，甚至有可能帮助阻挡全球变暖的趋势。
那么，最白涂料是否可以更白，比如达到100%反射可见光的地步，以取得更显著的降温效果？
对此，李翔宇解释称，虽然理论上可以达到非常接近100%的反射率，但实际应用会是个问题，“这需要几毫米甚至几厘米的涂料厚度，而且很难经受住户外的长期使用，毕竟作为户外涂料，长期可靠性也是关键。所以下一步我们的重点就放在商业化过程，尤其是保证涂料可以在户外能够长久地保持良好的降温效果。”
据介绍，这款最白涂料有望在1-2年上市销售，目前，研究团队已与一家公司就生产事宜进行合作。
那么，这款降温效果强大的最白涂料是否会很贵呢？
对此，研究人员介绍称，由于最白涂料中用到的硫酸钡比目前涂料中使用的二氧化钛还便宜些，所以价格会和目前市面上售卖的涂料价格相近。
城市热岛效应下，“白屋顶”越来越普遍
“用白色涂料降温的概念并不新，为了应对城市热岛效应，很多城市已经开始用包括白色涂料在内的浅色材料涂装屋顶、墙面还有路面。”复旦大学环境科学与工程系研究员余兆武接受晨报记者采访时称。
余兆武解释称，所谓城市热岛效应，传统上是指是同一时刻城市温度高于周边郊区的现象。“城市热岛的形成，一方面是由于城市化引致的自然地表（比如植被、水体）逐渐被不透水面所取代，另一方面是由于人类活动加剧导致的人为热排放的增加，这个人为热排放，就包括空调的使用。空调不仅增加能耗，本身也会加剧热岛效应。”
随着气候变化以及城市化进程加快，城市热岛效应越来越凸显。如何应对热岛效应，也成为许多城市建设的挑战。
“应对热岛效应，主要有两种方法，一种是通过合理规划设计城市绿地和水体进行缓解城市热岛效应，另一种则是通过使用浅色涂料等材料进行被动降温。”余兆武告诉晨报记者，在不少国家和城市，采用“白屋顶”等被动降温的做法已经很普遍了。
比如，在美国加州洛杉矶，一些街道和马路涂了一种叫“CoolSeal”的白色涂料，用以给城市降温。根据洛杉矶街道服务局提供的数据，涂过“CoolSeal”的道路比其他道路平均要低5.5℃- 8.3℃。
美国一些城市还出台了法规，要求一些商用建筑采用一定比例的反射性屋顶，以此降低对空调的使用，节约能耗。
比如，在2014年，洛杉矶就要求所有新大楼的屋顶都采用“冷屋顶”；再比如，纽约早在2009年就要求新的低坡度屋顶使用反射性涂装，到了2019年又提高了对反射性的要求。2009年，纽约还启动了一项长达10年的“白屋顶”项目，给总面积达1000万英尺的屋顶涂上白漆。
实际效果值得关注
在余兆武看来，用降温白涂料应对城市热岛效应是一个很好的思路，所以，这款最白涂料的诞生无疑是个好消息，“不过，实际应用下来是否还这么有效，值得进一步关注。”
余兆武指出，实验得到的结果和实际投入大面积使用后得到的结果可能不一样，“现在很多很好的材料实验室都可以造出来，但到了具体生产、大面积应用后却会出现各种各样的问题。”
余兆武称，其中一个值得关注的点是，研究人员称售价不高，但维护成本可能是个问题，“这款最白涂料之所以有好的降温效果，在于它对可见光的高反射性，但白色不耐脏，灰尘、降雨等都可能影响它的反射性与降温效能。”
此外，大面积使用这种降温涂料及材料，对环境等是否会产生意想不到的副作用也值得关注。
就此，余兆武称，应对城市热岛效应的另一种方法——增加城市绿色空间值得优先考虑，“我认为，综合来看，这也是应对城市热岛效应最佳的方法，因为此举不仅能降温，还有显著的生态效应，能改善环境，丰富物种多样性，对居民的身体和心理健康都很有益。”
不过，考虑到城市空间有限，能扩大的绿化空间也有限，所以第二种方法——通过浅色材料给城市降温也很重要，“这也是我觉得这款最白涂料的研发值得关注的原因。”
在李翔宇看来，在能源问题以及城市热岛效应越来越严峻的背景下，“白屋顶”作为一项经济有效的方案，将越来越普及，“当然，'白屋顶’只是其中一个手段，如果要彻底解决城市热岛效应以及全球变暖，还需要各个行业共同的努力。”