Att applicera ett lager färg på väggarna i ett hus kan snart hjälpa till att värma det, spara energi och minska CO ₂ utsläpp. Det kan också rena luften som vi andas, bryta ner kemikalier och föroreningar, och eliminera skadliga patogener.

I Europa, hälften av städernas årliga energiförbrukning går till uppvärmning och kyla. Trots EU:s steg mot koldioxidutsläpp, 75 % av uppvärmning och kylning kommer från fossila bränslen, medan endast 19 % genereras från förnybar energi.

"Förnybar energi används inte i stor utsträckning, och mycket energi slösas bort, " sa professor Dmitry Shchukin från University of Liverpool, STORBRITANNIEN.

Han har utvecklat en termoreglerande färg som kan absorbera och avge värme inuti tegelbyggnader, hålla rummen varma när det behövs genom att använda överskottsenergi.

"Huvudidén var att renovera gamla hus med sådana färger, " sa prof. Shchukin. "Om du har ett gammalt historiskt hus, till exempel, du kan inte förstöra den och bygga en ny."

Byggnader är den största energikonsumenten, han säger. De flesta är gamla och energiineffektiva, och står för cirka 40 % av den totala energiförbrukningen och 36 % av koldioxiden (CO ₂ ) utsläpp i EU.

Färgen, som utvecklades som en del av ett projekt kallat ENERPAINT, skulle kunna användas som en form av isolering för att öka energieffektiviteten i gamla hus utan att spendera en förmögenhet, han säger. Under dagen, den samlar upp värme som produceras av radiatorer eller till och med människor, släpper den sedan på natten när temperaturerna sjunker eftersom pannor vanligtvis stängs av för att spara på räkningarna. Så hur gör den detta?

Fasförändringsmaterial

"Det fungerar väldigt enkelt, ", sa Prof. Shchukin. "Färg- och beläggningstillverkare har sina egna färger och vi levererar bara några tillsatser - cirka 5% - till färgen."

Dessa tillsatser är så kallade fasförändringsmaterial (PCM), som paraffiner, salthydrater och fettsyror, inkapslade i skyddande nanometerstora kapslar som förbättrar värmeöverföringen. PCM kan lagra stora mängder termisk energi och ändra tillstånd - från fast till flytande och vice versa - utan att ändra sin egen temperatur.

Utveckla denna färg, som för närvarande testas, är en del av ett större projekt kallat ENERCAPSULE, där Prof. Shchukin designar lämpliga beläggningar för att kapsla in PCM i nanoskala för användning i färger, textilier och mediciner.

"För färgerna, vi använde salthydrater på grund av deras låga kostnad och mycket höga volymetriska energilagringstäthet, " sade prof. Shchukin. "Men, dessa var mycket svåra att kapsla in eftersom de är frätande och hydrofila (de löser sig i vatten)."

Han kunde innesluta salthydrater i polymerskal så små som 10nm, som skyddar dem från den omgivande miljön men låter dem också reagera på värmen på ett kontrollerat sätt. Materialet som de använder har godkänts av US Food and Drug Administration men inte av European Medicines Agency, enligt Prof. Shchukin.

Under dagen, när dessa energinanokapslar absorberar och lagrar värme vid sin smälttemperatur, PCM:erna förvandlas till vätska och under de kalla nätterna kristalliserar de vid en definierad temperatur, släpper ut värme och värmer upp rummet, Prof. Shchukin förklarar.

Han säger europeisk, Kinesiska och ryska företag visar intresse för sin forskning, och att han nu hoppas kunna göra nanokapslar för färger som kan hjälpa till att kyla byggnader.

En annan typ av färg som utvecklats och kommersialiserats genom ett projekt som kallas AIRLITE använder nanopartiklar för att rena luften. Dessa färger kan minska föroreningar, som kvävedioxid, döda bakterier, virus och mögel, ta bort dålig lukt, och stöta bort damm och smuts.

"Syftet med Airlite (färg) var att skapa något som gör skillnad för människors hälsa och välbefinnande i den byggda miljön, sa Chris Leighton, vice vd för försäljning och marknadsföring på AM Technology, företaget bakom Airlite paint.

Luftförorening

Luftföroreningar anses vara ett av världens största miljöhot för hälsan, står för 7 miljoner förtida dödsfall runt om i världen varje år. Fina partiklar och föreningar som kvävedioxid – som de som produceras av fordon och förbränning av fossila bränslen – finns i förorenad luft och kan sippra in i våra lungor och blodomlopp, orsakar hjärtinfarkt, slag, astmaanfall och andra luftvägssjukdomar.

Airlite kom med en färg som förbättrar luftkvaliteten genom att bryta ner luftburna föroreningar. "Grundprincipen är fotokatalys, en reaktion som sker (naturligt) i jordens atmosfär (för att bryta ned föroreningar), sa Leighton.

När solens ultravioletta strålar lyser på färgen – gjord av titandioxid nanopartiklar, som är katalysatorer – elektroner frigörs vid ytan.

Elektronerna interagerar med luftfuktigheten, bryta upp vattenmolekyler till mycket reaktiva, kortlivad, oladdade joner som kallas hydroxylradikaler. Dessa radikaler angriper förorenande molekyler och förvandlar dem till ofarliga ämnen.

Att bädda in katalysatorerna i färg var utmaningen, säger Leighton. "(Traditionell) färg i sig är en förorening, " sa han. "Om du lägger dem (katalysatorer) i en färg, färgen attackerar sig själv och du skulle få gasformiga gifter producerade."

Farliga kemikalier som kallas flyktiga organiska föreningar finns i vanliga färger, men Airlite använder en kalciumbas som saknar dessa. Basen är en biprodukt från en marmorbearbetningsanläggning i Italien och själva färgen kommer som ett pulver att blanda med vatten.

Färgen testades första gången 2007 i den förorenade Traforo Umberto I-tunneln i Rom, Italien. Efter att tunneln rengjorts och allt sot och smuts avlägsnats, den målades med ett skikt av den förorenande neutraliserande färgen. UV-ljus för att aktivera färgens fotokatalytiska egenskaper installerades.

"Föroreningsnivåerna minskade i tunneln efter renoveringen, " sa Leighton. Till exempel, en månad efter renovering, kväveoxidhalterna hade minskat med 20 % i mitten av tunneln. Färgen har sedan dess använts på sjukhus, skolor, flygplatser, kontor och hem över hela världen, säger Leighton.

Förra året, 21 gatukonstnärer använde dessa färger för att skapa Europas första föroreningsätande väggmålning, som sträcker sig över 100 kvm av en byggnad på sju våningar i Rom.

Leighton tillägger att användning av färgen på utsidan av byggnader kan kyla inomhusutrymmen under varmt väder eftersom det reflekterar värme från solljus, spara energi som skulle gå till kylning och därför minska CO ₂ utsläpp.