シドニー・ナノサイエンス・ハブの屋根は真っ白だ。塗りたての壁とはまるで違う。純白だ。光を反射するどころか、吸収しているかのような白だ。冬でも照りつけるオーストラリアの太陽の下、屋根の表面は冷たいままだ。周囲の空気よりも冷たい。ずっと冷たい。太陽が最も高い位置にある時でさえ、気温より6度も低い。これは魔法ではなく、物理学だ。そして、単なる冷却ではない。毎朝、実験パネルに水滴がつく。露。空気中の水分が凝縮したもの。天気の良い日には、1平方メートルあたり1日約390ミリリットル。水を生成する反射塗料。18ヶ月前なら、冗談にしか思えなかっただろう。
水を反射する塗料の仕組み
研究者シドニー大学 彼らは、一度に 2 つの機能を実現するナノエンジニアリングコーティングを開発しました。 1つ目は、太陽放射の97%を反射することです。2つ目は、受動放射冷却によって残留熱を宇宙空間に積極的に放射することです。その結果、表面は周囲よりも冷たくなります。シャワーを浴びた後の浴室の鏡のように、水蒸気が凝縮するほど冷たくなります。
市販の白色塗料のほとんどは、紫外線を反射する主顔料として二酸化チタンを使用しています。 反射率は最大80～90%に達します。 パーデュー大学の数年前にお話ししたように、 98,1%に達した 硫酸バリウムを使用。このオーストラリアの新しい処方は、顔料ではなく構造を利用するという、これまでとは異なるアプローチを採用しています。
裏地は ポリフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロペン共重合体（PVDF-HFP）多孔質ポリマー。素材に閉じ込められた微細な空気孔が太陽光をあらゆる方向に散乱させ、ぎらつきを防ぎます。経年劣化する紫外線吸収剤は一切使用していません。機能する物理的な構造のみを採用しています。
ミン・チウ、テクノロジーマネージャー デューポイント・イノベーションズ および第一著者 Advanced Functional Materialsに掲載された研究、説明：
当社の設計は、内部の多孔質構造により高い反射率を実現し、顔料ベースのコーティングに見られる環境への懸念を伴わずに耐久性を確保しています。紫外線吸収材を排除することで、拡散反射によるぎらつきを防ぎ、太陽光反射率の従来の限界を克服しました。
反射塗料、オーストラリアの太陽の下で6ヶ月
研究チームはシドニー・ナノサイエンス・ハブの屋上に実験パネルを設置した。6ヶ月間にわたる継続的なテストと、分単位のデータ収集が必要だった。オーストラリアの太陽光は世界でも有数の強さを誇り、決して穏やかな環境ではなかった。 しかし、コーティングは持ちこたえました。劣化の兆候はなく、性能の低下もありませんでした。
年間の32%は露が降り、最適な日には1平方メートルあたり390ミリリットルの水分が集まりました。平均的な12平方メートルの住宅の屋根では、1日あたり約4,7リットルの水分が生成されます。 標準的な、大きめのオーストラリアの屋根は、天気の良い日には 70 リットルの容量があります。
表面に水滴が形成され、紫外線耐性のあるトップコーティングのおかげで集水点へと滑り落ちます。標準的な雨水収集システムは結露も捕捉できます。年間平均降雨量が約1メートルのシドニーでは、雨水は結露の6倍を上回ります。 しかし、乾燥地帯では状況は大きく変わります。
しかし、それは砂漠でも機能するのでしょうか?
キアラ・ネト教授シドニー大学 研究責任者である彼は、神話を払拭した。
湿度の高い条件が理想的ですが、夜間の湿度が上昇する乾燥地帯や半乾燥地帯でも露が生じることがあります。これは降雨量を補うためではなく、他の水源が限られている場所に水を供給するためのものです。
受動的な除湿機のようなものです。夜間は砂漠でも相対湿度が上昇します。屋根の冷たい表面が水蒸気を吸収し、凝縮します。工業的な量の水ではありませんが、高付加価値の園芸、冷却用のミストシステム、あるいは水素製造（1キログラムあたり約9リットルの水が必要）などには大きな効果を発揮する可能性があります。
反射塗料、研究室からペイントローラーまで
シドニーでテストされたプロトタイプは、前述の通り、環境問題のある材料であるPVDF-HFPを使用しています。しかし、 デューポイント・イノベーションズ2022年に同大学からライセンスを取得したスタートアップ企業は、同様の性能を持つ水性塗料を開発中です。標準的なローラーやスプレーで塗装でき、価格は一般的な高級塗料と同程度です。
ペルザーン・メータ最高経営責任者（CEO） デューポイント・イノベーションズ、彼は言う：
シドニー大学と協力し、塗料のようなコーティングによるパッシブな大気水採取という画期的な成果を実現できたことを誇りに思います。これは、屋上や遠隔地のインフラを信頼できるきれいな水源に変える、拡張性の高いゼロエネルギーソリューションです。
商業化は2030年までに予定されている。 セバスチャン・ファウチュ の 西シドニー大学研究には関与していないものの、これらの動向を注視している。「クールルーフ」コーティングの市場は成長しており、この技術は熱の低減だけでなく、節水にもつながるという具体的な利点をもたらす。
保護するだけでなく、生産もする屋根
都市部の屋根は熱を吸収し、「ヒートアイランド」現象の一因となり、地方に比べて都市部の気温が1～13℃上昇する可能性があります。 このような外装は、建物の下部を冷却するだけでなく、都市全体の熱フットプリントを削減します。 断熱性の高い建物では、上層階への影響は限定的かもしれません。しかし、断熱性が低いオーストラリアの住宅の多くでは、その効果はすぐに現れるでしょう。
そして水。量は多くないけれど、一定。予測通りだ。 雨が降らなくても水を集められます。水不足がますます深刻な問題となっている世界では、1リットルでも無駄にはなりません。ネト教授はこう締めくくります。「涼しさを保つだけでなく、真水も生み出す屋根を想像してみてください。それがこの技術の大きな可能性です。」
気候危機や干ばつの決定的な解決策ではないかもしれません。しかし、確かな前進です。家を暖めるのではなく、あなたのために機能する屋根。まさにマルチタスクと言えるでしょう。検討する価値があるかもしれません。
