Een nieuw type cement neemt, eenmaal verwerkt tot beton, minder zonnewarmte op. Daardoor blijft het materiaal een stuk koeler en hoeven airco’s veel minder hard (of helemaal niet) te draaien.

 

Wie wel eens in Andalusië is geweest, of op de Griekse eilanden, heeft ze vermoedelijk gezien, de karakteristieke witte dorpjes. De huizen in deze dorpen zijn niet spierwit geverfd omdat de bewoners dat zo mooi vinden, maar omdat de kleur wit zonlicht het beste weerkaatst en dus de muren zo koel mogelijk houdt.

Gebouw op passieve manier koel houden

Hetzelfde principe wordt gebruikt in onderzoek aan een nieuwe cementsoort die zonlicht zoveel mogelijk terugkaatst. Dit nieuwe, ‘koelende cement’ zal, wanneer het eenmaal is verwerkt tot beton, het betreffende gebouw op een passieve manier koel houden. De onderzoekers publiceerden hierover gisteren een artikel in het tijdschrift Science Advances.

Hitte-eiland-effect

Er is een dringende behoefte aan manieren om gebouwen – en dus ook binnensteden – koel te houden. De temperaturen op aarde lopen langzaam op en vooral in steden komt daar ook nog eens het hitte-eiland-effect bij. Stedenbouwers kunnen wat aan die hitte doen, door bomen en ander groen te planten, of door de lange rijen gebouwen te onderbreken door waterpartijen. Maar feit blijft dat beton een materiaal is dat snel en sterk opwarmt in de zon. En beton is veruit het meest gebruikte bouwmateriaal.

Absorptie van zonlicht als functie van de golflengte van het licht. Hier is goed te zien dat gewoon cement veel zonlicht absorbeert, terwijl het nieuwe cement de golflengten van het licht van de zon nauwelijks opneemt.

Zonlicht effectief teruggekaatst

Laten we dit probleem daarom bij de wortel aanpakken, dacht een team onderzoekers van universiteiten in China en de Verenigde Staten. Zij ontwikkelden een nieuw type beton, waarbij het oppervlak bijna al het invallende zonlicht terugkaatst. Dat is te danken aan minuscule kristallen die aan het oppervlak worden gevormd tijdens de productie van het beton. Deze reactieproducten ('ettringites', bepaalde kristallen) ontstaan niet zoals gewoonlijk verspreid door het beton, maar manifesteren zich vooral aan het oppervlak. Daar zorgen juist deze micrometers grote kristallen ervoor dat zonlicht effectief wordt teruggekaatst.

De warmte die toch in het beton doordringt, wordt grotendeels weer uitgezonden. En dát is te danken aan een slimme materiaalkeuze. Het cement bevat oxides van aluminium, calcium en zwavel. Die moleculen hebben bepaalde bindingen tussen de atomen waarvan de trillingsmodes heel effectief warmte uitstralen. En die warmtestraling wordt uitgezonden bij golflengten die door de atmosfeer wordt doorgelaten. ‘De warmtestraling verdwijnt dus in de ruimte’, zegt Guo Lu, materiaalonderzoeker aan Southeast University in Nanjing , en eerste auteur van het artikel, via e-mail.

Veldtest in de buitenlucht

Dit werkt als een trein, laten experimenten zien. Het team voerde op een zomerdag in 2023 gedurende een etmaal een veldtest uit in de buitenlucht met een paneel gemaakt van het koelende beton. Op het heetst van de dag, vlak na het middaguur, was de temperatuur van de lucht 38,4 graden Celsius en liep de temperatuur van conventioneel beton – door zonnestraling – op tot 59 graden. Het nieuwe beton bleef met 33 graden een stuk koeler, en was zelfs koeler dan de lucht. Door een slim materiaalontwerp straalt het beton meer warmte uit dan het opneemt. ‘In tegenstelling tot systemen met actieve koeling, die stroom verbruiken en onderhoud vereisen, werkt ons koelende beton op een passieve manier. Dus continu, stil en zonder energieverbruik’, zegt Lu.

Een praktijkproef met beton gemaakt van het nieuwe cement liet zien dat het spul daadwerkelijk een stuk koeler blijft in de zon.

Degelijkheid

De onderzoekers testten ook de degelijkheid van hun nieuwe cement onder uiteenlopende omstandigheden. Het koelende materiaal bleek goed bestand tegen corrosieve vloeistoffen, ultraviolette straling en achtereenvolgende cycli van vorst en dooi. Beton gemaakt van het koelende cement kan op allerlei plekken worden toegepast, zegt Lu. ‘Ons materiaal is geschikt voor grootschalige, goedkope toepassing op gebouwen, daken, trottoirs en andere infrastructuur. Anders dan airco-installaties blijft het ook gewoon functioneren tijdens stroomuitval, is zowel geschikt voor afgelegen gebieden als voor dichtbevolkte stedelijke omgevingen. We denken dat we een veerkrachtige en duurzame strategie hebben tegen stijgende temperaturen.’

Praktische toepassing

Het koelende cement is niet ver meer verwijderd van praktische toepassing, vertelt Lu. ‘We hebben de eerste productielijn voor het materiaal opgezet in samenwerking met Jiangxi Yinshan White Cement Co. in de provincie Jiangxi, in China. Een van de belangrijkste voordelen van onze aanpak is dat er geen extra apparatuur nodig is — het koelende cement kan worden geproduceerd met behulp van bestaande machines voor cementproductie. We denken dat ons product binnen een paar jaar op brede commerciële schaal kan worden gebruikt in de praktijk. Te beginnen met regio’s die het meeste te lijden hebben onder de hitte.’

 

Openingsbeeld: Infraroodbeeld laat de lagere oppervlaktetemperatuur van het koelende cement (21,6 °C) zien onder direct zonlicht, in vergelijking met het gewone gebouwoppervlak op de achtergrond. Alle beelden: Lu et al., ‘Scalable metasurface-enhanced supercool cement’, Science Advances, 2025.