Het koelste wit maakt een airco minder nodig

Materialen Zonnestraling bevat warmte. Witte verf weerkaatst die straling, en zo blijft een gebouw koel. Een nieuwe verf is extreem wit.

In warme landen, zoals hier in Griekenland, worden huizen van oudsher vaak wit geschilderd. Die blijven koeler in de zon dan donker geschilderde huizen.
In warme landen, zoals hier in Griekenland, worden huizen van oudsher vaak wit geschilderd. Die blijven koeler in de zon dan donker geschilderde huizen. Foto Nicolas Economou/NurPhoto/Shutterstock

Een nieuwe, ultrawitte verf met het pigment bariumsulfaat reflecteert 98 procent van het zichtbare zonlicht en straalt ook bijna al het niet-zichtbare licht uit. Dat is meer dan welke andere witte verf ook. Beschilderde oppervlakken blijven daardoor zowel overdag als ’s nachts koeler dan hun omgeving. Als gebouwen ermee beschilderd zijn, is minder airconditioning nodig en het kan helpen tegen hitte-eilanden in steden, schrijven onderzoekers van de Amerikaanse Purdue University in ACS Applied Materials & Interfaces.

In mediterrane landen zijn veel huizen in lichte kleuren geschilderd. Het oogt vrolijk, maar is bovenal nuttig: lichte kleuren warmen minder op in de zon. Een donkere kleur straalt dan weer gemakkelijker warmte uit, in de vorm van diep-infraroodlicht. Daar merk je overdag weinig van, want donkere verf warmt heel snel op in het zonlicht, maar ’s nachts koelt het veel sneller af. Een witte verf die warmte óók goed kan uitstralen, is bijzonder en kan zelfs zorgen voor passieve koeling. Het idee daarvan is dat zo veel mogelijk stralingsenergie terug de ruimte in wordt gestuurd. Als er meer energie uit- dan ingaat, blijft het oppervlak koeler dan de omgeving.

De witte verf gezien door een normale (links) en een warmtebeeldcamera. Zo is te zien dat het geverfde bord koel (donkerpaars) blijft. Foto Purdue University/Joseph Peoples

De meeste witte verf bevat het pigment titaniumdioxide. Dat reflecteert tot 90 procent van het zichtbare licht maar het absorbeert wel andere zonnestraling, zoals uv-licht. Oppervlakken die hiermee beschilderd zijn warmen dus nog steeds op. Andere benaderingen om tot passieve koeling te komen zijn het aanbrengen van meerdere lagen, waarbij elke laag een ander deel van het licht weerkaatst. Behalve naar verf wordt ook gekeken naar metalen, gels of hout waar de stoffen die uv-licht absorberen uitgehaald zijn.

De onderzoekers van Purdue University keken naar breed scala aan stoffen die misschien geschikt zijn om in relatief goedkope verf een breder deel van het lichtspectrum te reflecteren dan alleen het zichtbare licht. Afgelopen oktober publiceerden ze nog over een verf met calciumcarbonaat, dat 95 procent reflectievermogen bezat.

In de verf waarover ze nu publiceren zit bariumsulfaat. Deze stof absorbeert vrijwel geen zonlicht, ook geen uv-licht en nagenoeg geen infrarood. Behalve de stof zelf, spelen het volume van deeltjes in de verf en de variërende grootte van de deeltjes een rol in het reflectievermogen. Ze kwamen uit op een samenstelling waarbij 60 procent van het volume uit bariumsulfaatdeeltjes bestaat, in groottes van 300 tot 500 nanometer. Voor het gewenste effect moet de verf in een laag van 400 micrometer aangebracht worden, bijna een halve millimeter.

Die stof is van zichzelf helemaal zo wit niet

Rolf van Benthem TU Eindhoven

Er zijn twee veldtesten uitgevoerd. In West Lafayette in Indiana, waar de universiteit staat, zagen ze dat het geschilderde oppervlak overdag 4,5 tot 10 graden Celsius koeler bleef dan de omgeving. Ze vergeleken het met commercieel verkrijgbare witte verf, daar steeg de temperatuur van het oppervlak overdag met 6,8 graden. De tweede test vond plaats in Reno, Nevada, waar de luchtvochtigheid lager is en warmtestraling in principe makkelijker weg zou kunnen. De metingen kwamen ongeveer op hetzelfde uit. Het leverde daar een record passief koelvermogen van 117 watt per vierkante meter op – hoger dan sommige airco-installaties, schrijven de onderzoekers.

„Het is leuk dat ze dit resultaat met bariumsulfaat bereikt hebben, want die stof is van zichzelf helemaal zo wit niet. Het wordt wel vaker in verf gebruikt, maar dan als vulstof die gewicht en vloei geeft”, zegt Rolf van Benthem, hoogleraar coatingtechnologie aan de TU Eindhoven en onderzoeker bij chemiebedrijf DSM. „Titaniumdioxide, de working horse in deze industrie, is veel witter. Daarvan zijn veel minder deeltjes nodig om dekkend te zijn.”

De verf is wel poreus

Het hoge volume aan bariumsulfaatdeeltjes dat nodig is in deze verf, is meteen een groot nadeel, zegt Van Benthem. „Het maakt de verf poreus, er zullen kleine holtes in zitten. Dat maakt de verf minder kwalitatief als beschermlaag. De onderzoekers schrijven wel dat ze een vergelijkbare resistentie bereiken als andere verf, maar het bijbehorende grafiekje laat helemaal niet zo’n positief beeld zien. De laag slijt echt wel sneller. Ook zal regen eerder het onderliggende oppervlak bereiken, wat kan leiden tot roest of rotting.”

Maar bescherming is dan ook niet het belangrijkste doel van dit onderzoek, nuanceert hij zichzelf. „Het gaat hier vooral om het optische vermogen. En meer dan 100 watt per vierkante meter koelend vermogen dat is echt wel wat, dat wil ik niet wegwuiven.”

„Deze verf maakt ook optimaal gebruik van wat we atmosferische transparantie noemen. Licht van een bepaalde golflengte, tussen de 8 en 13 micrometer, kan ongehinderd terug naar boven en deze verf straalt dat flink uit.” Maar als er veel vocht of koolstofdioxide in de lucht zit, kan de warmte niet zo goed weg. „In een woestijn, waar het warm is en er weinig vocht in de lucht zit, zal deze verf het beste werken. Boven een smogstad, of ergens waar veel vocht in de lucht hangt, zal het koelende effect minder zijn.”

De hoge koelwaardes zijn dan ook niet representatief voor Nederland. „Op een zonnige dag zal het ook hier best een goed effect hebben, op een benauwde dag met sluierbewolking minder”, zegt Van Benthem. „Maar als je de helft van het koelvermogen overhoudt dan is dat ook al aantrekkelijk.”

Omdat bariumsulfaat al in verf gebruikt wordt, zal het voor verfproducenten niet moeilijk zijn om het in grotere volumes aan verf toe te voegen, vermoedt Van Benthum. „Ik kan me zo voorstellen dat er over een jaar of twee ook bij de Gamma verven in de schappen staan met meer bariumsulfaat. De samenstelling moet dan wel aangepast zijn, zodat het ook in het Nederlandse weer duurzaam is.”