Kentsel ısı adası etkisi sebebiyle, asfaltlar gibi büyük bir alana sahip geçirimsiz yüzeyler güneş ışınımını emip bu radyasyonu çevrelerini ısıtacak bir enerji olarak yeniden yayabilirler. Bu da şehirler için ciddi bir tehlike oluşturmaktadır. Bu nedenle MIT Beton Sürdürülebilir Merkezi’ndeki (MIT CSHub) araştırmacılar, kentsel ısı adalarının yüzey yoğunluğunu azaltmak için yaptıkları araştırmada, daha fazla güneş ışınımı yansıtan ve geleneksel döşeme yüzeylerine göre daha az ısı yayan “serin asfaltlar” üzerine yoğunlaşıyorlar. Çünkü serin kaplamaların doğru yapılması şehirlerin hava sıcaklığını ve sera gazı emisyonlarını azaltmak için etkili bir stratejidir1.
Environment and Technology Dergisi ve eski MIT CSHub araştırmacılarından oluşan ekip tarafından yapılan bu araştırma serin asfaltları ve uygulamalarını özetler niteliktedir. Bu çalışmada, Boston ve Phoenix’teki hava sıcaklarının sırasıyla -16,1 oC ve -15,7 oC kadar düşürülebileceği sonucuna varılmıştır. Ayrıca bu çalışma sera gazı emisyonlarını azaltacak ve toplam emisyonları Boston’da %3 ve Phoenix’te %6’ya kadar azaltacaktır ancak bu tasarrufların sağlanması için yapılacak olan serin asfaltlar, her mahallenin iklimine, trafiğine ve bina konfigürasyonlarına göre değişiklik gösterebilir. Çünkü yapılı çevrenin bir bileşenindeki en ufak değişiklik dahi sadece kendi yaşam döngüsünü etkilemekle kalmaz, aynı zamanda diğer bileşenlerin çevresel performansını da değiştirir2.
Los Angeles ve Phoenix gibi şehirler, serin asfaltlarla ilgili çeşitli büyük deneyler yapmış fakat henüz geniş çapta teknolojik bir uygulama yapılmamıştır. CSHub ekibi ise yaptıkları araştırmaların, şehirlerin değişen iklimleri ile başa çıkmak için yapılacak olan serin asfaltlama projelerine rehberlik edebileceklerini düşünüyor.
Şekil 1. Phoenix eyaletinde serin asfalt uygulaması3.
Koyu renkli yüzeylerin güneş ışığında açık renkli yüzeylerden daha fazla ısındığı bilinmektedir. İklim bilimcileri bu tanımlamaya yardımcı olmak için “albedo” adı verilen bir ölçü birimi kullanmışlardır. MIT CSHub‘da Dr. Hessam AzariJafari, “Albedo, yüzey yansıtmasının bir ölçüsüdür. Daha koyu olma eğiliminde olan düşük albedolu zeminler ışığı daha fazla emer fakat yüksek albedolu yüzeyler daha parlaktır ve sonuç olarak düşük albedolu zeminlere göre daha az ısı yayar.” dedi.
Asfalt gibi tipik kaplama yüzeyleri düşük albedoya sahiptir ve radyasyonu daha çok emerek daha fazla ısı yayar. Bununla birlikte serin kaplamalar üç kat daha fazla radyasyon yansıtan malzemelere sahiptirler.
CSHub araştırmacıları, Boston ve Phoenix’te yapılan bir çalışmada çeşitli seçenekleri değerlendirdi. Değerlendirme sonucunda dünya çapındaki kaplamaların %95’inden fazlasını oluşturan geleneksel asfalt kaplamaların yerini beton, yansıtıcı beton ve yansıtıcı asfaltın alması durumunda farklı sonuçlar gözlemlenmiştir.
Boston ve Phoenix’teki serin asfaltların çevresel faydalarının kapsamlı bir şekilde anlaşılması için araştırmacıların kaplama malzemelerinin ötesine bakmaları gerekiyordu. Bunun nedeni, hava sıcaklıklarını düşürmenin yanı sıra, serin kaplamaların iklim değişikliği üzerinde doğrudan ve dolaylı etkiler yaratmasıdır.
AzariJafari, “Serin asfaltlar, radyasyonu atmosfere geri yansıtarak radyatif bir zorlama uygular. Yani kutup buzullarına benzer şekilde atmosferden daha fazla enerji göndererek Dünya’nın enerji dengesini değiştirirler. Sıcaklıkları düşürerek yazın klimaya olan ihtiyacı azaltırken kışın ısıtma talebini artırabilir. Bir yandan da serin asfaltlar, radyasyon adı verilen ışığı yakındaki binalara yansıtarak yapıları ısıtabilir, bu da yaz aylarında klima kullanımını artırabilir ve kışın ısıtma talebini azaltabilir.” diyor.
Ayrıca albedo etkilerinin yanı sıra serin asfaltların genel yaşam döngüsünü asfaltın yapım süreci, malzeme kalitesi ve asfaltın kullanımı da etkiler. Asfaltın cinsi yakıt tüketimini etkileyen önemli bir etkendir. Pürüzsüz yüzeylere ve sert yapılara sahip asfaltlar, üzerlerinde sürüş yapan araçların daha az yakıt tüketimine neden olur.
Şekil 2. Serin asfaltın şehirlerdeki uygulaması1.
Araştırmacılar, Boston ve Phoenix’teki serin asfaltların ideal uygulamasını belirlemek için geleneksel asfalt kaplamalardan yansıtıcı asfalt, beton ve yansıtıcı beton olmaz üzere üç serin asfalt seçeneğine geçişin yaşam döngüsü etkilerini araştırdılar. Bunu yapmak için, pilot mahallelerdeki binaları modellemek için birleştirilmiş fiziksel simülasyonlar kullandılar. Bu verileri kullanarak, bina ve mahalle özelliklerine dayalı etkileri tahmin etmek için bir sinir ağı modeli geliştirdiler. Geliştirilen sinir ağı modeli kullanıldığında, Boston ve Phoenix’teki binlerce yolun ve yüz binlerce binanın her biri için serin asfaltların etkisini tahmin etmek mümkün hale geldi.
Araştırmacılar, her bir serin asfalt tipinin yaşam döngüsü etkilerini değerlendirdikten sonra, hangi malzemenin hangi mahalleye daha çok fayda sağlayacağını da araştırdılar. Boston ve Phoenix’te genel olarak serin asfaltların avantajlı olmasına rağmen, ideal malzemelerin her iki şehir içinde ve şehirler arasında büyük ölçüde değişiklik gösterdiğini buldular.
AzariJafari, “Mahalle tipi ve asfalt malzemesi arasında evrensel olan faydalardan biri, ışınımsal zorlama*sının etkisiydi. Bu, özellikle etkinin en belirgin olduğu daha kısa ve daha az yoğun binalara sahip alanlarda böyleydi.” diyor. Işınımsal zorlamanın aksine bina enerji talebindeki değişiklikler konuma göre farklılık göstermektedir. Boston’da serin asfaltlar enerji talebini tüm mahallelerde artırdığı kadar azaltarak dengelerken Phoenix’te serin asfaltlar, gelen radyasyon nedeniyle çoğu bölgede enerji talebi üzerinde olumsuz bir etkiye sahiptir. Bununla birlikte, ışınımsal zorlama hesaba katıldığında serin asfaltların olumlu etkisi artmıştır.
Her mahalle için ideal kaplama tipi somut emisyonlar ve yakıt tüketimi üzerindeki etkileri dikkate alındıktan sonra ortaya çıktı. Araştırmacılar, yaşam döngüsü üzerindeki belirsizliği hesaba kattıktan sonra, en iyi sonuçları yansıtıcı beton kaplamaların verdiğini ve Boston’daki mahallelerin %53’ünde, Phoenix’teki mahallelerin %73’ünde optimum değeri sağladığını gözlemlemişlerdir.
Bu çalışmada farklı bir belirsizlikte tespit edildi. Boston’da her zaman geleneksel asfalt kaplamaların serin bir seçenekle değiştirilmesi tercih edilirken, Phoenix’te yansıtıcı veya yansıtıcı olmayan beton kaplamalar kullanıldığında araç yakıt tüketimini en aza indirmesiyle ve yüksek sıcaklıklarda şeklinin bozulmaması nedeniyle daha iyi sonuçlar vermiştir. Phoenix’te beton daha çok tercih edilmesine rağmen, mahallelerin %17’sinde tüm yansıtıcı kaplama seçeneklerinin az ya da çok etkili olduğu gözlemlenirken, %1’inde geleneksel asfaltlar kullanılmaktadır.
Hava sıcaklıklıklarındaki iyileşmeler dikkat çekici olacaktı. Ekip serin asfaltların Boston’daki en yüksek yaz hava sıcaklıklarını 16,1 oC ve Phoenix’te 15,7 oC düşüreceğini buldu. Karbondioksit emisyonlarının azaltılması da aynı şekilde etkileyici olacaktır. Boston, 50 yılda karbondioksit emisyonlarını %3’e kadar azaltırken, Phoenix’teki azalmalar aynı dönemde %6’ya ulaşacak.
Kaynaklar
- AzariJafari, H., Xu, X., Gregory, J., & Kirchain, R. (2021). Urban-Scale Evaluation of Cool Pavement Impacts on the Urban Heat Island Effect and Climate Change. Environmental Science & Technology, 55(17), 11501–11510. https://doi.org/10.1021/acs.est.1c00664
- https://phys.org/news/2021-08-countering-climate-cool-pavements.html
- https://www.phoenix.gov/streets/coolpavement