แปลและเรียบเรียงโดย
อรวรรณ สัมฤทธิ์เดชขจร
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

ทีมนักศึกษาจาก Massachusetts Institute of Technology (MIT) ได้พัฒนาหลังคาที่ไวต่ออุณหภูมิ โดยในวันที่อากาศหนาวเย็นหลังคาจะเปลี่ยนเป็นสีดำเพื่อดูดซับความร้อน และในวันที่อากาศร้อนหลังคาจะเปลี่ยนเป็นสีขาวเพื่อสะท้อนความร้อน  

บ้านส่วนใหญ่ในปัจจุบันเลือกใช้หลังคาที่มีสีดำซึ่งสามารถดูดซับพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ได้ดี ดังนั้นในฤดูร้อนหลังคาสีดำยิ่งทำให้บ้านร้อนขึ้นเป็นเหตุให้เครื่องปรับอากาศทำงานหนักขึ้น ผลที่ตามมาก็คือ บิลค่าไฟฟ้าที่สูงขึ้นและก๊าซเรือนกระจกที่ปลดปล่อยมากขึ้นนั่นเอง แต่เมื่อเข้าฤดูหนาวหลังคาสีดำกลับส่งผลดี เพราะเครื่องทำความร้อนจะทำงานน้อยลงทำให้บิลค่าไฟฟ้าลดน้อยลงกว่าเดิม

ถึงแม้ว่าหลังคาสีดำจะมีประโยชน์ในช่วงฤดูหนาว แต่ทว่าผลร้ายที่ได้รับในช่วงฤดูร้อนดูเหมือนจะสาหัสสากรรจ์กว่าผลดีที่ได้รับในฤดูหนาว คนส่วนใหญ่รวมถึงสตีเวน ชู (Steven Chu) เลขาธิการพลังงานของสหรัฐฯ จึงหันมาสนับสนุนให้ใช้หลังคาสีขาวแทนสีดำ เขากล่าวว่า “หากทั่วโลกเปลี่ยนมาใช้หลังคาสีขาวจะสามารถกำจัดก๊าซเรือนกระจกที่ทั้งโลกผลิตขึ้นใน 1 ปีได้ใน 20 ปี” แต่นักวิจารณ์บางท่านก็ชี้ให้เห็นว่า การใช้หลังคาสีขาวในเมืองทางตอนเหนือนั้นจะสูญเสียประโยชน์ในฤดูหนาวมากกว่าได้รับประโยชน์ในฤดูร้อน ดังนั้นความคิดที่ดีที่สุดก็คือ หลังคาควรเปลี่ยนเป็นสีขาวในช่วงฤดูร้อน และเปลี่ยนเป็นสีดำในช่วงฤดูหนาวเพื่อให้ได้รับประโยชน์อย่างเต็มที่

ในหน้าหนาวหลังคาเปลี่ยนเป็นสีดำเพื่อดูดซับความร้อนจากแสงอาทิตย์ (ซ้าย)
ในหน้าร้อนหลังคาเปลี่ยนเป็นสีขาวเพื่อกระเจิงแสงอาทิตย์ (ขวา)

ปัจจุบันความคิดนี้กลับกลายเป็นความจริงขึ้นมาเมื่อทีมนักศึกษาจาก MIT ได้พัฒนากระเบื้องมุงหลังคาที่เปลี่ยนสีไปตามอุณหภูมิ พวกเขาบรรจุโพลิเมอร์เจลที่เปลี่ยนเฟส (phase changing polymer gel) ได้ไว้ในภาชนะที่ทำจากพลาสติกที่ทนทานต่อสภาพอากาศ (weather-resistant plastic) ซึ่งด้านบนของภาชนะจะมีลักษณะโปร่งใส ในขณะที่ด้านล่างจะเป็นสีดำ เมื่อโพลิเมอร์เจลมีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิแทรนซิชัน (อุณหภูมิหรือช่วงอุณหภูมิที่สสารเกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างและสมบัติทางกายภาพ) โพลิเมอร์เจลนี้จะเกิดควบแน่น (condense) กลายเป็นเม็ดเล็กๆ และสามารถกระเจิงแสงที่ตกกระทบได้มากกว่าร้อยละ 80 ของแสงที่ตกกระทบซึ่งเปรียบได้กับกระเบื้องสีขาวนั่นเอง ในขณะที่โพลิเมอร์เจลที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิแทรนซิชันโพลิเมอร์เจลนี้จะมีลักษณะโปร่งใสทำให้แสงอาทิตย์ส่องผ่านไปยังพลาสติกด้านล่างซึ่งมีสีดำได้ และจากการทดสอบพบว่าแผ่นพลาสติกสีดำจะสามารถดูดซับพลังงานความร้อนได้ร้อยละ 70

การเปลี่ยนสีของกระเบื้องเมื่ออากาศร้อน (ซ้าย) และอากาศเย็น (ขวา)

ทีมวิจัยนี้เรียกตัวเองว่า “เทอร์มีเลียน (Thermeleon)” ซึ่งเป็นชื่อที่พ้องกับคำว่า “คามีเลียน (chameleon)” ที่หมายถึงกิ้งก่า เพราะหลังคาที่คิดค้นขึ้นสามารถเปลี่ยนเป็นสีขาวและดำได้เองตามอุณหภูมิคล้ายกับกิ้งก่าที่เปลี่ยนสีได้ตามสภาพแวดล้อมนั่นเอง ทีมนี้เป็นหนึ่งในทีมผู้เข้าแข่งขันงาน Making and Designing Materials Engineering Contest (MADMEC) ซึ่งปีนี้ (2009) จัดเป็นปีที่ 3 โดยมุ่งเน้นไปที่การใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพด้วยการใช้วัสดุใหม่ และพวกเขาก็สามารถคว้ารางวัลที่ 1 คือ เงินรางวัลจำนวน 5,000 ดอลลาร์สหรัฐมาครองได้สำเร็จ

ภาพทีมเทอร์มีเลียนรับรางวัล 5,000 ดอลลาร์สหรัฐ
(แถวหน้าจากซ้ายไปขวา) ลิน เจีย (Lin Jia) ยิน แฟน (Yin Fan) กาแกน ไซนี (Gagan Saini) และ ดอกเตอร์ นิโคลัส ออร์ฟ (Dr. Nicholas Orf) (แถวหลังจากซ้ายไปขวา) ดอกเตอร์ โจเซฟ วาลิช (Dr. Joseph Walish) และ ดอกเตอร์ ราฟาล มิกกีวิกซ์ (Dr. Rafal Mickiewicz)

นิค ออร์ฟ (Nick Orf) สมาชิกในทีมเทอร์มีเลียนอธิบายว่า เขาและสมาชิกในทีมเริ่มพัฒนาหลังคาเปลี่ยนสีได้จากการใช้ระบบของเหลวผสมระหว่างของเหลวสีดำและสีขาวที่มีความหนาแน่นเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ โดยสารสีดำจะลอยขึ้นสู่ผิวหน้าเมื่ออากาศหนาวเย็น ส่วนสารสีขาวจะลอยสู่ผิวหน้าเมื่ออากาศร้อน แต่ระบบนี้ค่อนข้างซับซ้อน ดังนั้นพวกเขาจึงคิดหาวิธีที่ง่ายกว่าและราคาถูกกว่าแทนโดยใช้สารละลายโพลิเมอร์ในน้ำที่หาได้ทั่วไปในท้องตลาด (เวอร์ชันแรกเป็นโพลิเมอร์ที่ใช้ทำเจลใส่ผม) และบรรจุไว้ระหว่างชั้นแก้วและพลาสติก ส่วนเวอร์ชันล่าสุดจะบรรจุโพลิเมอร์เจลที่เปลี่ยนเฟสได้ไว้ระหว่างพลาสติกที่ยืดหยุ่นซึ่งมีพื้นผิวด้านล่างเป็นสีดำ ขณะนี้พวกเขากำลังทำระบบที่ง่ายกว่าเดิมอีก คือ นำสารละลายโพลิเมอร์มาทำเป็นแคปซูลขนาดจิ๋ว (micro-encapsulated) แล้วผสมเข้าไปในสีที่มีความใส ซึ่งแคปซูลนี้ยังคงสมบัติเปลี่ยนสีได้ วิธีนี้มีราคาถูกกว่าการเปลี่ยนหลังคาใหม่มาก เพราะสามารถนำสีนี้มาทาหรือพ่นทับบนพื้นผิวสีดำที่มีอยู่เดิม แต่ทว่าพื้นผิวเดิมนี้ก็จะต้องทาสีติดง่ายเช่นกัน

สำหรับการพัฒนาไปสู่เชิงพาณิชย์คงไม่ใช่ประเด็นสำคัญนัก เนื่องจากพวกเขาใช้วัสดุที่หาได้ทั่วไปและมีราคาถูกอยู่แล้วแต่สิ่งที่ต้องทำคือ การทดสอบเรื่องความทนทานต่อสิ่งแวดล้อม เช่น ความร้อน ยูวี และความชื้น เพื่อหาอายุการใช้งาน

แหล่งข่าวและรูปภาพ
• http://web.mit.edu/newsoffice/2009/madmec-roof.html
• http://thermeleon.com/
• http://cleantechnica.com/2009/10/11/mit-roof-tiles-save-energy-in-all-climates/
• http://thermeleon.com/images/ThermeleonMIThomepageSpotlight.pdf
• http://thermeleon.com/images/HouseWinterSummer_small.png
• http://thermeleon.com/images/hotcold_thermeleon.png
• http://thermeleon.com/images/MADMEC_team_check.jpg