Jako perpetuum mobile: ochladí střechu a vyrobí vodu. A funguje to
foto: University of Sydney, se svolením/Střecha s nátěrem vyvinutým australskými výzkumníky
Australský startup tvrdí, že jeho střešní nátěr dokáže – úplně pasivně – získat ze vzduchu čtyři decilitry vody na metr čtvereční za den. Pokud se podaří přenést jeho výsledky do praxe, v některých oblastech by tato technologie přinesla fantastický pokrok.
Tým z University of Sydney vyvíjí materiál, který umí, bez dodání energie, srazit teplotu povrchu až o šest stupňů pod teplotu okolního vzduchu. To v běžných podmínkách znamená pokles teploty pod rosný bod, kdy začne ze vzduchu kondenzovat voda.
V principu nejsou speciální nátěry na střechu nic nového. Běžné „ochlazovací barvy“ (například akrylátové nebo silikonové nátěry) však dokáží snížit teplotu střechy nanejvýš blízko k teplotě okolního vzduchu, což samozřejmě nestačí k tomu, aby se povrch dostal pod teplotu rosného bodu. Odrazivost současných nátěrů se totiž pohybuje kolem 70–85 procent dopadajícího záření (a navíc jsou typicky málo odolné vůči UV záření a časem šednou, což odrazivost dále snižuje). A hlavně, neřeší se tolik jejich emisivita. Právě ta je přitom pro úspěch technologie zásadní.
Psali jsme
Univerzity v Česku loni utržily za patentové licence zanedbatelných 5,5 milionu korun. Na jednu licenci vychází v průměru 200 tisíc korun – což…
Jak využít „okno do nebe“
Patentovaný materiál, okolo kterého univerzitní tým postavil startup Dewpoint Innovations, je upravený porézní polymer chemicky příbuzný membránám používaným v separačních procesech. Struktura rozptyluje dopadající záření podstatně lépe než běžné nátěry: odrazivost povlaku v celém solárním spektru dosahuje 96 procent. To by však samo o sobě k dosažení rosného bodu nestačilo, ale druhá polovina triku je emisivita: materiál vyzařuje teplo v pásmu vlnových délek 8–13 µm. Toto pásmo je unikátní v tom, že představuje z energetického pohledu něco jako „okno do nebe“.
Běžné nátěry střech totiž teplo jen přehazují mezi sebou a okolním vzduchem. Co odrazí, to okolní vzduch zase absorbuje, takže vlastně působí jako přikrývka nad střechou. Zmíněné pásmo je však výjimečné v tom, že záření těchto délek atmosférou prochází prakticky beze ztrát. Žádná přikrývka se nekoná, teplo v podobě záření projde až do kosmu, kde se z energetického hlediska „ztratí“. Z pohledu energetické bilance tedy v tomto případě povrch ztrácí teplo rychleji, než ho získává z okolního vzduchu. Právě díky tomu může jeho teplota klesnout pod teplotu vzduchu – což by jinak nemělo být možné.
V reálném provozu technologie funguje…
V testech na střeše univerzitní budovy se výzkumníkům podařilo nasbírat až 390 ml vody na metr čtvereční za 24 hodin. Nejde o laboratorní špičku, ale o šest měsíců reálného provozu s minutovým měřením teplot, vlhkosti i množství sražené vody. Pro takový výkon je ovšem nutné splnit několik podmínek: povrch musí mít volný výhled na oblohu, ideálně sklon kolem 30 stupňů, a lokalita nesmí být ani příliš suchá, ani extrémně vlhká, aby se povrch zvládl zároveň dost ochladit i kondenzovat dostatek páry.
Zda se technologie prosadí, bude záviset spíš na robustnosti řešení, než na fyzice – prototyp řešení, který autoři popsali v akademické práci, zjevně funguje. To, že jde o čistě pasivní řešení, totiž sice znamená nulové provozní náklady, ale také nulovou možnost přizpůsobit se podmínkám.
…ale závisí na počasí
Tato technologie totiž funguje v relativně úzkém oboru podmínek: vzduch nesmí být moc vlhký, protože pak by byl rosný bod nedosažitelný. Na druhou stranu, u extrémně suchého vzduchu dosažení rosného bodu moc nepomůže, protože není co kondenzovat a výtěžnost vody je nízká.
Výkon povlaku také klesá při vysoké oblačnosti, protože mraky omezují radiativní chlazení. Střecha sice díky povlaku energii stále vyzařuje, ale mrak bohužel dělá totéž, což energetickou bilanci zhoršuje.
Negativní vliv má také znečištěné ovzduší: ani ne tolik na výkon, ale především na životnost. Problémem je zanášení pórů a urychlení degradace horní hladké vrstvy povrchu.
Právě vrchní vrstva je podle australských výzkumníků další předností oproti běžným nátěrům: na podobném principu jako u listů třeba lotosu se na ní kondenzát shlukuje do větších kapek a „ochotně“ stéká dolů.
Psali jsme
V Japonsku uvedli do provozu zařízení na výrobu energie pomocí osmózy. Marketingová mlha okolo projektu je tak hustá, že to působí jako nesmysl –…
Mikrozdroj s obrovským potenciálem
Půlroční test ukázal, že by nátěr mohl fungovat i v reálných podmínkách. Pokud se ukáže, že povlak vydrží bez ztráty parametrů dlouhodobě, tedy alespoň řádově roky, může to být obrovský průlom z pohledu udržitelnosti. Necelých půl litru vody denně z metru čtverečního se sice dá označit jako „mikrozdroj“ – ale v některých oblastech by tato technologie přinesla fantastické možnosti.
Jsou to takové, kde voda je drahá, riziková nebo logisticky náročná, a kde je často jasná obloha pro radiativní chlazení, a přitom rozumná vlhkost.
To jsou třeba suché tropy a subtropy s velkým počtem jasných nocí: Sahel, části Indie, Pákistán, severní Mexiko, Peru, Namibie. Nebo jiná místa s chronickým nedostatkem vody a její vysokou cenou: jižní Kalifornie, části Izraele, Jordánsko či Maroko. Nebo ostrovy a izolované regiony bez stabilní vodní infrastruktury: Pacifik, Karibik, Kapverdy nebo třeba menší ostrovy ve Středozemním moři.
A samozřejmě úplně ideálním případem nasazení této technologie by byly třeba uprchlické tábory v oblastech s častým suchem – a obecně všude tam, kde i malé množství vody dramaticky vylepší životní podmínky.
V Česku jen pár kapek
Co se Česka týče, podmínky pro nasazení „střešních kondenzátorů vody“ máme oproti Sydney výrazně horší. Nemáme tolik jasných nocí, kdy povlak střechy může vyzařovat do nebe, a nemáme tak vysoké noční rozdíly teplot, kdy se povlak může snáz dostat pod rosný bod. Suma sumárum, máme o hodně častější dny, kdy povrch žádnou kondenzaci nezajistí a výtěžnost by v Česku mohla být zhruba třetinová.
Takže pokud stometrová střecha v Sydney dá třeba deset kubíků vody ročně, v Česku by to mohly být tak tři. Ale ani to by nebylo k zahození, při vědomí, že jde o příjemný vedlejší efekt nátěru střechy, který má především omezit přehřívání budovy.