世界で最も白い塗料は最もクールでもある

パデュー大学のエンジニアたちが、世界で最も白い塗料を開発した功績により、2023年ギズモード・サイエンス・フェアの優勝者に選ばれた。

質問

建物をできるだけ涼しく保つために塗料の反射率を高め、その塗料を自動車や飛行機など、より軽量な材料を必要とするものに使用できるでしょうか?

結果

2021年、パデュー大学のエンジニアチームは、世界で最も白い塗料を開発したと発表しました。この塗料は太陽光の98%以上を反射し、建物の空調の必要性を大幅に削減します。昨年、彼らは飛行機、宇宙船、その他の乗り物に使用できる軽量版を開発しました。この塗料は、ごく薄い塗布量で太陽光の97.9%を反射することが可能です。

なぜ彼らはそれをしたのか

「2021年に硫酸バリウム塗料を発表しましたが、これは現在でも記録上最も白い塗料です」と、パデュー大学機械工学科教授でこのプロジェクトの主任研究者である阮秀林（ルアン）氏は述べた。「これは建物やその他の固定インフラに適しています。」

「民間航空機のような大型機では、塗料は重量の重要な部分を占めています」と、デジタル印刷を研究するパデュー大学機械工学科のジョージ・チウ教授は述べています。「実際、軽量化には大きなコスト削減が伴います。塗料と同じ熱特性を80%の軽量化で実現できれば、航空会社にとって大きな節約になります。さらに、軽量化は燃料の節約にもつながり、より持続可能な輸送システムの構築にも貢献します。」

「塗料の重量を減らしながら反射率を向上させることができる方法を検討したかったのです」と、ナノ複合材料を研究しているパデュー大学機械工学博士課程の学生、アンドレア・フェリセリ氏は言う。

「（プレートレットの）形状が塗料の性能に実際にどう影響するかを知りたかったのです」と、パデュー大学で機械工学の博士課程に在籍し、塗料の背後にある物理特性のモデリングに注力するイオナ・カツァンバ氏は述べた。「文献ではナノ粒子の形状や光学特性について真に研究している人はほとんどおらず、その影響についてはあまり明らかになっていないことが分かりました。」

彼らが勝者である理由

研究チームは、白い塗料が太陽光を反射して建物を自然に冷却するという古い概念を取り上げ、ナノテクノロジーと組み合わせて、世界で最も白い塗料のいくつかを作り出しました。2021年に作られたこの塗料は、太陽光を散乱させるのに役立つさまざまなサイズの粒子を持つ化合物である高濃度の硫酸バリウムを使用して作られました。この成功の後、ルアンと同僚は、より軽量なバージョンを作成する方法を見つけることに取り組みました。このチームは最終的に、主に潤滑油に使用され、材料の密度を下げる独特の形態を持つ六方晶窒化ホウ素を組み込み、塗料の厚さと重量を減らし、反射特性をほぼすべて維持しました。このような塗料は、市販されている従来の白い塗料よりも建物や車両をはるかに涼しく保つことができ、冷却に余分なエネルギーを使用せずに暑い気温に適応するのに役立ちます。

次は何？

この塗料には将来的な用途が数多くあり、ルアン氏によると商品化に向けた協議が進められているという。チームは、汚れに強い塗料の開発に取り組むとともに、太陽光をかなり反射できる他の色の塗料の開発も検討している。将来的には、ナノテクノロジーを用いて季節に応じて色を変える塗料を開発し、冬は暖かく、夏は涼しく建物を維持できるようにしたいと考えているという。