שתפו‬        

יהונתן שר

אולטרה-לבן זה הלבן החדש

נסיעה נעימה לכולנו: חוקרים אמריקאים יצרו צבע "אולטרה לבן" וקל במיוחד, שעשוי לקרר רכבים, מטוסים ואפילו חלליות. אז יותר לבן – פחות מזגן, בפיתוח חדש וירוק במיוחד
7 בדצמבר 2022



זה לרוב קורה בשעות הצהריים של ימי הקיץ החמים. אנחנו הולכים לחניון ונעמדים מול המכונית. אחר כך מתלבטים, משתהים, ופתאום מוצאים את עצמנו חרדים מהרגע שבו תיפתח הדלת וגל של אוויר לוהט יטפח לנו בחוזקה על הפנים. אבל לא תמיד עוצמתו של החום היא אחידה, ואחת הסיבות לכך נעוצה דווקא בחיצוניותה של המכונית שלנו: רכב כהה חם יותר מרכב בהיר. גם בשלב הבא, של הדלקת המיזוג, הפער בולט: מכונית כהה שמתחממת יותר, תדרוש יותר אנרגיה כדי לקרר אותה, ולהיפך.

רובנו יודעים שמשטחים שונים קולטים או מחזירים את אור השמש במידה שונה: הבהירים מחזירים יותר מהאור, וכך לא מתחממים, בעוד שהכהים סופגים את האור ומתחממים. חוקרים אמריקאים נדרשו לסוגייה זאת ואשתקד הם פיתחו צבע "אולטרה לבן" שמחזיר כ-98 אחוז מקרינת השמש; כ-18-8 אחוז יותר מהצבע הלבן שזמין לשימוש מסחרי. כלומר, מדובר בצבע שעשוי למנוע חימום משטחים באופן משמעותי, ובכך להקל על החום ברכבים, בבניינים ועוד. אבל על אף הכותרת המבטיחה, הצבע דרש מספר רב של שכבות עבור תוצאה יעילה, וכך הוא הפך ליקר ולכבד מדי לשימוש עבור תעשיות רבות, כמו תעשיית הרכב ותעשיית החלל.

והנה, במחקר החדש החוקרים האמריקאים החליטו לשפר את ביצועי הפיתוח הראשון שלהם, ויצרו את הדור הבא של הצבע ה"אולטרה לבן": אותן תוצאות כמו של קודמו, אך חצי מהעובי שלו. זה אולי לא נשמע מהפכני במיוחד, אבל ההבדל ה"דק" הזה הופך את הצבע החדש לשימושי גם עבור מכוניות, מטוסים ואפילו חלליות, ובכך לאמצעי שעשוי לקדם הפחתת שימוש בדלקי מאובנים, ולסייע במאבק העולמי במשבר האקלים.

עובי זעיר – קירור ענק

לפי החוקרים, העובי המקובל לצבע שמתאים למכוניות הוא 120 מיקרומטר (לשם השוואה, עובי שערה של בני אדם הוא 40-20 מיקרומטר), כשכל שכבת צבע מוסיפה 75-50 מיקרומטר. הצבע האולטרה-לבן שפותח במחקר הראשון דרש 8-5 שכבות כדי להגיע לעובי של 400 מיקרומטר, שיגרום לרמת החזרה של 98 אחוז מקרינת השמש. התוצאה הייתה דחוסה וכבדה יותר מהצבע הלבן שמקובל בתעשייה, ולכן הוא לא התאים לשימוש ברכבים, מטוסים ומעבורות חלל – כלי תחבורה שבהם תוספת של כל קילוגרם היא משמעותית לתצרוכת הדלק ולעלות הייצור, ושעבודת הצביעה שלהם דורשת זמן.

Andrea Felicelli, Purdue University photo
ההבדל ה"דק" הוא משמעותי. הצבע החדש, שעוביו 150 מיקרומטר (מימין), בהשוואה לצבע הישן, שעוביו 400 מיקרומטר. צילום: Andrea Felicelli, Purdue University photo

עבור הגרסה המשופרת של הצבע, החוקרים השתמשו בחומר בשם בורון ניטריד הקסגונלי (hexagonal boron nitride), שמשמש בעיקר כחומר סיכה, שאותו הם ערבבו עם צבע אקרילי (שמתייבש מהר ועמיד למים). השילוב בין החומרים ייצר צבע עם מבנה ייחודי ונקבובי (ולכן קל במיוחד).

עבור בדיקת הצבע החדש, החוקרים צבעו בו משטח מרובע ובחנו את הטמפרטורה שלו ביחס לסביבתו במשך שעות האור, לאורך שלושה ימים.

ממש-לבן זה מצוין

תוצאות הניסוי היו מובהקות: המשטח הצבוע היה קר יותר מסביבתו ב-8-5 מעלות בממוצע. זאת ועוד, כשהם השוו את הצבע החדש לצבע שיצרו בשנה שעברה – החוקרים גילו שהפיתוח המשופר שלהם הגיע לרמת יעילות כמעט זהה לקודמו בהחזרת הקרינה, 97.9 אחוז (לעומת 98 אחוז בגרסה הראשונה של הצבע) כשעוביו 150 מיקרומטר (לעומת 400 מיקרומטר בגרסה הראשונה של הצבע), בעודו שוקל 80 אחוז פחות מהגרסה הקודמת שלו.

יכולת הקירור הפסיבית הזאת (כלומר, שלא דורשת השקעת אנרגיה כמו מיזוג אוויר), בשילוב המשקל הנמוך ועוביו המצומצם, הופכים את הצבע החדש לאמצעי שיכול להביא לחיסכון באנרגיה במגוון תעשיות ושימושים, ממכוניות ועד חלליות. כך, לא רק אנחנו נהנה מרכב או מטוס קריר יותר (או יום אחד, חללית שמתחממת פחות) – גם הפלנטה שלנו עשויה להנות מהשימוש הפחות בשריפת דלקי מאובנים עבור ייצור האנרגיה שממזגת את כלי הרכב שלנו. רווח לכול?

השידוך המושלם לצבע הלבן

אז מי ייהנו מהצבע הלבן החדש? "השאלה היא מה אנחנו רוצים להשיג באמצעותו, כי יש לו השפעה שונה בבניינים, מטוסים או כלי רכב", אומר פרופ' אביתר אראל, אדריכל וחוקר של אקלים עיר, וחבר במחלקה לגיאוגרפיה באוניברסיטת בן-גוריון שבנגב.

Need for Speed
הצבע החדש עשוי להפוך לאמצעי שיכול להביא לחיסכון באנרגיה במגוון תעשיות ושימושים, ממכוניות ועד חלליות. Photo by Alessio Lin on Unsplash

"המשטח שחשוף לשמש במידה הרבה ביותר בבניינים הוא הגג. מכיוון שישראל היא מדינה חמה, רצוי שהגג יהיה בהיר, כמו שנעשה בבנייה המסורתית במזרח התיכון שבה מקובל לסייד את הגגות מדי שנה כדי שהם יחזירו חלק גדול מקרינת השמש", הוא מסביר. אבל הנה הקאץ': לפי אראל, העובדה שגג לבן מתחמם פחות מגג שחור לא אומרת שהצבע הלבן בהכרח יקרר את הבניין. "כדי שבניין יתקרר הטמפרטורה של הגג צריכה להיות נמוכה יותר מהטמפרטורה שבתוך הבניין. כל זמן שהגג חם יותר, השפעת הצבע הלבן דומה להשפעה של בידוד תרמי: בשני המקרים האלה, השיטות רק מפחיתות את מעבר החום לתוך הבניין, אך לא מביאות לסילוק חום החוצה". זאת ועוד, לטענת אראל, האקלים הישראלי, שכולל אבק ופיח, הוא בעייתי עבור משטח שצפוי להתכסות בלכלוך, שהצטברותו מורידה את יעילות החזרת הקרינה של המשטח.

אז בניינים הם "שידוך" פחות מתאים לצבע הלבן החדש, אבל הרכבים שלנו דווקא עשויים ליהנות ממנו במיוחד, וכך גם אנחנו בתוכם. "ההבדל בין התחממות רכב לבן לרכב שחור יכול להיות משמעותי מאוד", מסביר אראל. "אם המכונית תישאר נקייה, הצבע הלבן עשוי להפחית מאוד את ההתחממות שלה".

לבן מדי?

אבל השידוך בין מכוניות לצבע החדש עלול להוליד גם בעיה אפשרית. ייתכן שהמדענים עשו עבודה "טובה מדי" בהמצאתם, ויצרו צבע לבן יותר מהרצוי, שעשוי לסנוור את מי שמסביבן? אם זה אכן יקרה, תצטרך להימצא דרך לפתור את הסוגייה הזאת לפני שעושים בו שימוש בכבישים. ובינתיים, יש תעשיות שעבורן בעיית הסנוור לא מהווה מכשול.

אם תחשבו על זה, מרבית המטוסים צבועים בלבן, והבחירה נובעת משתי סיבות עיקריות. הראשונה מוכרת לכולנו גם מהמשטחים הביתיים שלנו: קל יותר לזהות פגמים או דליפות על גבי משטח לבן, כמו שרצפה לבנה מתלכלכת מהר יותר, ושחולצה לבנה עלולה להפוך למסיבת כתמים.

Looking for the abstract around the house during the quarantine.
ייתכן שהמדענים עשו עבודה "טובה מדי" בהמצאתם? Photo by Drew Beamer on Unsplash

הסיבה השנייה היא שקרינת השמש עלולה להזיק לחומרים ולמכשירים שמהם מורכבים מטוסים ורכבי חלל, ולכן צבע שמחזיר את מרבית קרינת השמש, כמו הצבע החדש – יכול לעזור לשמור על תפקודם התקין לאורך זמן רב יותר.

זאת ועוד, הצבע החדש הוא קל במיוחד, ובתעשיות מעין אלה – המשקל כן קובע: כל גרם שעולה לאוויר דורש אנרגיה, ואנרגיה עולה לנו בכסף ובזיהום. צביעה של מטוס מוסיפה לו 544-272 קילוגרם, ולכן גם עוביו של הצבע הוא משמעותי מאוד – ושקול לתוספת של כמה נוסעים. אראל מדגיש שחשיבותו של הפיתוח נעוצה גם במאפיין זה. "הצבע החדש עשוי לספק ציפוי דק מאוד לכלי רכב שונים, וזוהי אחת מתכונותיו המרשימות", הוא מסכם.


בעקבות הכתבה ב"זווית" הסיפור פורסם גם ב- גיקטיים

שתפו‬        


הירשמו לניוזלטר שלנו

    עקבו אחרי זווית