一种基于生命周期评估的分层辐射冷却涂层设计，用于全生命周期二氧化碳减排

更凉爽的建筑、更清洁的空气

在变暖的世界里让住宅和办公场所保持舒适通常意味着更多的空调使用和更高的电力消耗，而这反过来推动二氧化碳（CO2）排放上升。本文探讨了一种新型超白、散热型涂层，它在阳光下能够使建筑保持凉爽，同时在其生命周期内净移除的二氧化碳超过其产生的排放。研究者通过从原料到处置的全流程审视该涂层，展示了如何通过智能设计将一层普通涂料转变为对抗气候变化的低调工具。

为什么冷却涂料重要

空调已经消耗了全球近十分之一的电力并产生约十分之一的温室气体排放。一种有前景的替代方案是被动日间辐射冷却：表面强烈反射阳光并高效向外太空的冷处辐射热量。许多实验材料在使用期间可以做到这一点，但大多数忽视了开采原料、制造产品和处理废弃物时产生的排放。作者采用了全生命周期评估这一从“摇篮到坟墓”跟踪CO2的方法，发现对于典型的商业白色建筑涂料，近90%的排放来自原材料，尤其是像二氧化钛这样的矿物填料。这意味着即便是高反射涂料，如果其成分的生产方式碳密集，也可能隐含巨大的碳成本。

将工业废渣变成气候资产

研究团队通过重新设计填料来解决这一问题。他们利用盐湖锂提取产生的废镁盐，并与从工业烟气中捕获的CO2反应生成一种名为水镁石的矿物。在一种常用表面活性剂十二烷基硫酸钠的帮助下，他们将这种矿物调制成微小、多孔、花状和巢状的球体。制造这些颗粒不仅以固体碳酸盐的形式封存了CO2，还副产了氯化铵这一有价值的化学品，从而抵消了进一步的排放。当按工业规模计算所有投入和产出时，该填料呈现“负碳”特性：每生产一吨，其移除的CO2超过排放量。因此，将这些球体嵌入聚合物粘结剂中，使涂层在贴到墙面或屋顶之前就具有内在的气候优势。

对抗阳光的明亮护盾

为了将填料转变为实用涂层，研究者将其分散在形成坚韧耐候薄膜的耐久氟聚合物（PVDF）中。结果是一层哑光、超白的涂层，能反射超过96%的入射阳光，并在大气透过的红外波段强烈发射热量到太空。两座中国城市的户外测试显示，在强烈正午阳光下，涂有该材料的表面比周围空气低约9摄氏度，并明显比一种领先的商业反射产品更凉爽。在19个标准全球气候区的模拟中，该涂层可提供超过每平方米100瓦的制冷功率，在许多环境下降低机械空调的需求。

为现实世界而生的持久性

要使冷却涂层带来长期气候效益，它必须抵抗污垢、水分和阳光损伤。基于PVDF的系统在金属、陶瓷、玻璃、木材和塑料上表现出良好附着力，即使在曲面上也能形成均匀无裂的涂层。其超疏水表面使水滴滚落时带走灰尘，避免涂层变暗。严格的热盐水测试几乎不影响其外观或强度，而相当于五年户外日晒的加速老化仅导致反射率小幅下降且几乎没有可见的颜色变化。相比之下，一种典型的商业反射涂层在相同测试中亮度损失更大且疏水性降低，表明需要频繁重涂，从而增加额外排放。

从始至终计量碳排放

通过将实验数据与建筑能耗模拟相结合，作者将其涂层与一种性能相当的广泛使用的商业反射产品进行了比较。每生产并涂覆一吨该新型涂层，得益于碳负填料，在原材料阶段可减少超过两吨CO2的排放。在使用阶段，更高的反射率和强热发射在全球大多数气候区降低了空调需求，尽管在非常寒冷的地区，额外的冷却可能会略微增加采暖需求。填埋处置后，新涂层仍产生更少的废弃质量。综合来看，视气候差异，每吨该涂层在其生命周期内可防止约0.6到13.7吨二氧化碳当量的排放，相当于每年种植数十到数百棵树，同时在成本上与普通外墙涂料具有竞争力。

一层简单涂层的重大气候作用

对非专业读者来说，关键讯息是：涂层可以被设计成不仅在使用时节能，而且从原料来源到废弃时都具有气候友好性。通过把工业废料和烟囱排放的CO2转化为一种明亮、持久的冷却层，这项工作展示了一条路径，使建筑材料成为净碳汇而非碳源。如果在屋顶和墙面广泛采用，此类涂层可帮助城市保持更凉爽、减轻电网压力，并为全球削减CO2排放的努力做出切实贡献。

引用: Cao, N., Chi, H., Chen, Y. et al. An LCA-assisted hierarchical design of radiative cooling coating for full life-cycle CO₂ reduction. Nat Commun 17, 2819 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69560-4

关键词: 辐射冷却, 冷屋顶, 负碳材料, 建筑能效, 生命周期评估