Pendinginan Radiatif Memerangi Perubahan Iklim dengan Menggunakan Luar Angkasa sebagai Penampung Panas

Perluasan dan pemadatan kota menambah permukaan beton serta jalan beraspal. Bangunan dan jalan menyerap panas, sehingga lingkungan menghangat dan kebutuhan pendinginan meningkat. Emisi terkait juga bergantung pada sumber energi. Untuk menjawab masalah ini, tim peneliti University of Maryland mengembangkan solusi: lapisan kaca berpori mikro yang diperkenalkan pada 2023 sebagai “kaca pendingin”. Lapisan ini memanfaatkan pendinginan radiatif, bukan sekadar kaca jendela transparan.

Terobosan pendinginan radiatif

Upaya iklim juga mencakup penggunaan listrik yang lebih efisien. Kaca pendingin menggabungkan dua mekanisme: albedo tinggi yang memantulkan banyak radiasi matahari, dan pelepasan panas sebagai radiasi inframerah menuju antariksa pada panjang gelombang yang relatif mudah menembus atmosfer. Pantulan cahaya matahari berbeda dari pancaran radiasi termal. Latar kosmik sekitar −270 °C menjadi acuan dingin; ruang hampa tidak memindahkan panas melalui konveksi.

Dalam artikel penelitiannya, para penulis menjelaskan bahan itu sebagai berikut:

“Komposit fotonik tak beraturan dengan kerangka kaca berpori mikro yang memiliki emisi selektif inframerah gelombang panjang serta reflektansi matahari yang relatif tinggi, disertai partikel aluminium oksida yang sangat menghamburkan cahaya matahari dan mencegah pemadatan struktur berpori selama pembuatan.”

Lapisan tersebut menunjukkan hasil baik dalam berbagai kondisi. Metode pembuatannya berpotensi mendukung produksi skala besar, tetapi pada 2023 peneliti masih melanjutkan pengujian dan penerapan praktisnya.

Sumber: www.cera.cool

Mengenai kinerja, ringkasan penelitian menyatakan:

“Lapisan kaca berpori mikro ini memungkinkan penurunan suhu sekitar 3,5 °C dan 4 °C masing-masing pada tengah hari dan malam, bahkan dalam lingkungan dengan kelembapan tinggi hingga 80%.”

Pengukuran terperinci memperjelas kondisinya: pada tengah hari lapisan sekitar 3,5 °C lebih dingin daripada udara sekitar bersuhu 30 °C, dengan kelembapan relatif 30%. Pada malam hari suhunya sekitar 4 °C di bawah udara sekitar 17,5 °C, dengan kelembapan hingga 80%. Simulasi atap gedung apartemen bertingkat sedang menunjukkan potensi pengurangan sekitar 10% emisi CO₂ tahunan yang berkaitan dengan pendinginan. Itu bukan pengurangan terukur yang berlaku umum untuk seluruh emisi setiap bangunan.

Pendinginan radiatif bukan gagasan baru. Yang menarik dalam penelitian ini adalah gabungan kinerja, ketahanan terhadap kondisi luar ruangan, dan potensi produksi dalam skala besar.

Apa itu penyerap dan pelepas panas?

Penyerap panas atau heat sink menerima panas dari benda lain lalu melepaskannya ke lingkungan. Dalam sistem elektronik dan mekanis, komponen ini mencegah panas berlebih. Kontak dengan komponen panas biasanya menyalurkan panas melalui konduksi; pelepasan ke lingkungan dapat melibatkan konveksi dan radiasi. Kaca pendingin yang dibahas di sini melepaskan energi sebagai radiasi inframerah ke langit dan antariksa.

Proses dan ciri utama penyerap panas meliputi:

Konduksi panas: panas berpindah melalui bahan. Komponen panas, seperti prosesor, menyalurkan panas ke penyerap panas yang bersentuhan dengannya.

Bahan: aluminium dan tembaga umum digunakan karena menghantarkan panas dengan baik. Keduanya memindahkan panas dari komponen dan menyebarkannya ke area lebih luas.

Desain dan luas permukaan: sirip dan struktur lain memperbesar permukaan pertukaran panas. Lebih banyak udara dapat menyentuhnya sehingga pelepasan panas meningkat.

Konveksi: udara atau cairan yang mengalir di permukaan membawa panas. Pendinginan pasif antara lain memanfaatkan sirkulasi udara alami, sedangkan kipas atau pompa memperkuat perpindahan pada sistem aktif.

Radiasi: penyerap panas juga memancarkan energi sebagai radiasi inframerah, yang turut membantu pendinginan.

Efektivitasnya bergantung pada konduktivitas termal bahan, desain dan luas permukaan, suhu sekitar, serta aliran udara atau cairan. Pengelolaan panas yang baik mendukung keandalan dan usia pakai sistem elektronik maupun mekanis.

Apa itu pendinginan radiatif?

Pendinginan radiatif adalah proses alami ketika benda kehilangan energi dengan memancarkan radiasi, yang pada suhu bumi umumnya berupa inframerah. Proses ini berperan dalam keseimbangan energi bumi dan dapat dimanfaatkan dalam berbagai teknologi.

Dasar ilmiahnya meliputi hal-hal berikut:

Radiasi inframerah: benda memancarkan radiasi elektromagnetik dengan spektrum dan intensitas yang bergantung pada suhu. Pada suhu umum di permukaan bumi, radiasi itu terutama inframerah. Benda mendingin apabila kehilangan energinya melebihi energi yang diterima, dengan memperhitungkan bentuk pertukaran panas lain.

Pancaran ke antariksa: beberapa pita panjang gelombang inframerah relatif mudah menembus atmosfer, termasuk jendela sekitar 8–13 mikrometer. Permukaan yang sesuai dapat memancarkan panas melalui pita tersebut ke antariksa. Kelembapan, awan, dan kondisi luar ruangan lain memengaruhi hasilnya.

Pendinginan siang dan malam: tanpa matahari, suhu di bawah udara sekitar lebih mudah dicapai. Pada siang hari penyerapan energi matahari melawan pendinginan. Bahan yang sangat reflektif dan dirancang dengan baik tetap dapat mendingin secara radiatif pada siang hari, seperti dalam penelitian ini.

Hubungan dengan albedo: albedo menyatakan bagian radiasi matahari yang dipantulkan, bukan hanya cahaya tampak. Albedo tinggi mengurangi penyerapan energi matahari. Pendinginan radiatif menyangkut pancaran radiasi termal. Sifat-sifat ini saling melengkapi; permukaan gelap dapat memancarkan inframerah tetapi tetap panas karena lebih banyak menyerap sinar matahari.

Penerapan: pendinginan radiatif diteliti untuk bangunan, kendaraan, dan instalasi teknis. Bergantung pada desain dan kondisi, teknik ini dapat mengurangi kebutuhan listrik penyejuk udara atau meningkatkan efisiensi sistem pendingin yang ada.

Pantulan cahaya matahari dan pancaran inframerah merupakan proses berbeda yang bersama-sama memengaruhi keseimbangan panas permukaan alami maupun buatan.

Perusahaan yang mengembangkan solusi iklim

Perusahaan tercatat berikut menawarkan teknologi energi atau mobilitas. Mereka tidak diperkenalkan sebagai pembuat kaca pendingin dalam penelitian tersebut.

Tabel mempertahankan angka historis yang dikutip dalam artikel November 2023, bukan data pasar terkini yang telah diverifikasi. Laba per saham dapat mencerminkan struktur saham saat itu. Rasio harga terhadap laba yang negatif bukan kelipatan valuasi yang bermakna bagi perusahaan merugi. Grafik dan kuotasi tersemat dapat menampilkan data lebih baru.

1. FuelCell Energy, Inc.

FCEL Grafik Harga

FuelCell Energy (FCEL ) mengembangkan, membuat, mengoperasikan, dan merawat pembangkit listrik sel bahan bakar. Konversi elektrokimia dapat meningkatkan efisiensi serta mengurangi polutan tertentu dibandingkan pembakaran yang sebanding. Namun, fasilitas dapat memakai gas alam, biogas, atau bahan bakar lain, sehingga tidak otomatis bebas bahan bakar fosil atau CO₂. Manfaat iklim bergantung pada bahan bakar, efisiensi, dan penggunaan panas sisa.

2. Brookfield Renewable Partners L.P.

BEP Grafik Harga

Brookfield Renewable Partners (BEP ) mengoperasikan portofolio besar tenaga air, angin, surya, dan penyimpanan di Amerika Utara, Amerika Selatan, Eropa, serta Asia. Unit kemitraannya juga tercatat di Toronto (BEP.UN.TO ). Brookfield Renewable Corporation (BEPC ) merupakan struktur terpisah dengan saham yang dapat ditukar dan dirancang memberi paparan ekonomi setara dengan unit kemitraan. Secara hukum, keduanya merupakan kelas efek berbeda. Kelompok usaha ini berfokus pada penciptaan nilai jangka panjang dari aset energi terbarukan.

3. ChargePoint Holdings, Inc.

CHPT Grafik Harga

ChargePoint Holdings (CHPT ) menyediakan peralatan pengisian kendaraan listrik, layanan perangkat lunak, dan dukungan. Solusinya digunakan di hunian, perusahaan, armada, serta ruang publik. Dengan memudahkan kendaraan listrik, layanan ini dapat mengurangi ketergantungan pada bahan bakar minyak. Hasil emisi juga bergantung pada pembangkitan listrik dan kendaraan yang digunakan.

Perusahaan lain dalam pendinginan radiatif

CeraCool yang tidak tercatat di bursa mengembangkan penerapan praktis dan perluasan skala pendinginan radiatif. Perusahaan ini didirikan oleh peneliti di balik kaca pendingin dalam studi tersebut.

CeraCool  mengembangkan cat yang memantulkan sinar matahari dan memancarkan panas inframerah. Perusahaan menggambarkannya sebagai pendinginan tanpa penggunaan listrik oleh lapisannya sendiri, dengan memantulkan lebih dari 95% radiasi matahari dan sekaligus memancarkan panas ke antariksa melalui jendela transparansi atmosfer. Ini tidak berarti cat menggantikan seluruh penyejuk udara dalam setiap kondisi. Menurut perusahaan, produk dapat disemprotkan atau dikuaskan pada permukaan yang mudah panas, seperti atap dan jenis permukaan jalan tertentu.

SkyCool Systems adalah contoh lain perusahaan swasta yang mengembangkan pendinginan radiatif.

SkyCool Systems mengembangkan solusi pendinginan dengan bahan yang sangat reflektif dan memancarkan inframerah. Panelnya dapat membantu meningkatkan efisiensi instalasi pendingin kompresi uap. Pendekatan tersebut bertujuan menghemat energi dan memberi manfaat lingkungan, dengan besaran yang bergantung pada instalasi dan kondisi operasi.

Pemikiran akhir

Upaya iklim juga perlu mengurangi penggunaan energi yang tidak efisien, sebagai pelengkap sumber energi berkelanjutan. Pendinginan radiatif dapat berkontribusi. Dalam ceramah TED, Aaswath Raman membahas lingkaran umpan balik antara kenaikan suhu, bertambahnya kebutuhan penyejuk udara, dan emisi terkait, serta bagaimana pendinginan radiatif dapat membantu membatasinya.

Bersama kemajuan lain, seperti sel fotovoltaik berukuran mikrometer dengan kontak belakang, inisiatif perusahaan seperti CeraCool dapat memberi manfaat pada tahun-tahun setelah artikel ini. Hasilnya bergantung pada peningkatan skala dan kinerja di kondisi nyata.