Zijn witte daken de oplossing voor opwarmende steden?

De zomers in de stad kunnen heet zijn – meerdere graden warmer dan op het platteland. Recent onderzoek geeft echter aan dat dit niet noodzakelijk zo hoeft te zijn. De systematische vervanging van donkere oppervlakken door witte kan de temperatuur met 2 graden Celsius of meer verlagen. Met de klimaatverandering én de aanhoudende verstedelijking zal het hitte-eilandeffect nog toenemen. Er is dus voldoende reden om meerdere manieren te zoeken om ons koel te houden.

Hitte-eilandeffect

Het meteorologische fenomeen van het stedelijke hitte-eilandeffect is bekend sinds de opkomst van grote steden in de 19e eeuw. De materialen waarmee de meeste steden en wegen zijn gebouwd, reflecteren veel minder zonnestraling – en absorberen het meer – dan de vegetatie die ze hebben vervangen. Een deel van die energie wordt opnieuw in de vorm van warmte in de lucht afgegeven.

Hoe donkerder het oppervlak, hoe sterker de opwarming. Vers asfalt reflecteert slechts 4 procent van het zonlicht, vergeleken met 25 procent voor grasland en tot 90 procent voor een wit oppervlak zoals verse sneeuw.

Ongeveer 2 procent van het aardoppervlak is ingenomen door steden en is onderhevig aan een zeker niveau van stadsverwarming. Volgens het Amerikaanse Environmental Protection Agency is New York City gemiddeld 1 tot 3 graden Celsius warmer dan het omliggende platteland, en tot 12 graden warmer op sommige avonden. Het effect is zo overweldigend dat sommige klimaatsceptici al hebben beweerd dat de opwarming van de aarde slechts een illusie is die wordt gecreëerd door duizenden meteorologische stations die ooit op het platteland stonden maar door de verstedelijking gaandeweg omringd werden door steeds meer gebouwen.

Klimaatwetenschappers houden rekening met dit soort afwijkingen op metingen, dus de claim houdt geen stand. Niettemin is het effect echt. Dus, zegt een recente studie gepubliceerd in het tijdschrift Nature Geoscience, als donkere, warmte-absorberende oppervlakken onze steden verwarmen, waarom dan niet het effect omkeren en witte daken en andere lichtgekleurde oppervlakken installeren om de zonnestralen terug te kaatsen?

Witte daken van New York tot Melbourne

Tijdens een hittegolf, als de zon vrij spel heeft in een onbewolkte hemel, kan het creëren van lichtere landoppervlakken “helpen om extreme temperaturen te verlagen met 2 of 3 graden Celsius” in een groot deel van Europa, Noord-Amerika en Azië, zegt coauteur van de nieuwe studie Sonia Seneviratne, die landklimaat-dynamica bestudeert aan het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie (ETH) in Zürich. Het zou levens kunnen redden, zegt ze, en hoe warmer het wordt, hoe sterker het effect.  

Seneviratne staat niet alleen in het verdedigen van reflectie van zonlicht. Er zijn veel kleinschalige initiatieven in steden om dakoppervlakken meer weerspiegelend te maken. New York introduceerde bijvoorbeeld al in 2012 regels over witte daken in de bouwcodes. Vrijwilligers hebben in de stad bijna zeven miljoen vierkante meter daken die bedekt zijn met teer wit geverfd. Dit is echter slechts ongeveer 1 procent van het potentiële dakoppervlak.

Chicago probeert iets vergelijkbaars, en vorig jaar startte Los Angeles een programma om wegdekken in asfalt te overschilderen in lichtgrijze verf. Buiten de Verenigde Staten zijn er initiatieven rond koeldaken in steden zoals Melbourne.

Dit blijven echter kleinschalige programma's, de resultaten eerder anekdotisch. Belangrijk is daarom dat onderzoekers nu over de hele wereld bewijzen verzamelen die aantonen dat de voordelen van het omzetten van die 1 procent in 100 procent elk jaar vele levens kan redden.

Aangepaste landbouw

Keith Oleson van het National Center for Atmospheric Research in Boulder, Colorado, heeft gekeken naar wat er zou gebeuren als elk dak in grote steden over de hele wereld wit werd geschilderd. Hierdoor zou het weerkaatsingsvermogen van objecten – klimaatwetenschappers noemen dat de ‘albedo’ – toenemen van 32 procent vandaag naar 90 procent. Hij ontdekte dat het hitte-eilandeffect met een derde zou verminderen. Dat is genoeg om de maximale dagtemperaturen met gemiddeld 0,6 graden Celsius te verlagen, en meer in hete regio’s zoals het Arabische schiereiland en Brazilië.

Andere studies wijzen op nog grotere voordelen in de VS. In een publicatie uit 2014 toont Matei Georgescu van de Arizona State University aan dat “koeldaken” de temperaturen in Californië tot 1,5 graden kunnen verlagen en tot 1,8 graden in steden zoals Washington.

Niet enkel de steden zijn gebaat bij een whitewashing, zo blijkt. Seneviratne en haar team stelden voor dat ook landbouwers hun woongebieden kunnen verkoelen met andere landbouwmethoden.

Gewijzigde methoden kunnen, toegepast over grote gebieden, volgens haar een aanzienlijk effect hebben.

In Europa worden graanvelden bijna altijd kort na het oogsten geploegd. Hierdoor worden de velden grote, donkere oppervlakken die de zonnestralen gedurende de winter absorberen. Als het land echter niet meteen geploegd wordt, zouden de lichtgekleurde stoppels die na de oogst op de velden achterblijven ongeveer 30 procent van het zonlicht kunnen reflecteren, vergeleken met slechts 20 procent voor een veld dat meteen wordt vrijgemaakt. Dat klinkt misschien als een relatief triviaal verschil, maar berekend voor grote gebieden akkerland kan dat de temperatuur in sommige landelijke gebieden op zonnige dagen met wel 2 graden verlagen.

In Noord-Amerika komt vroeg ploegen veel minder vaak voor. Maar Peter Irvine, een onderzoeker op het gebied van klimaat en geo-engineering aan de universiteit van Harvard, heeft gesuggereerd dat ook gewassen zelf kunnen worden gekozen op basis van hun vermogen om zonlicht te weerkaatsen. In Europa kan bijvoorbeeld een graangewas zoals gerst, dat 23 procent van het zonlicht reflecteert, worden vervangen door suikerbiet, een economisch vergelijkbaar gewas dat 26 procent weerkaatst. Soms kunnen boeren met andere woorden eenvoudigweg meer reflectieve variëteiten kiezen om te kweken.

Nogmaals, het verschil klinkt marginaal. Maar aangezien akkerland meer dan 10 procent van het landoppervlak van de aarde bedekt, ongeveer vijf keer meer dan steden, kan het potentieel aanzienlijk zijn.

Onaangename gevolgen voor andere regio’s

Op het eerste gezicht lijken dergelijke initiatieven zinvol als landen moeite hebben met de gevolgen van de klimaatverandering. Maar er is ook de bezorgdheid dat als grote delen van de wereld dergelijke beleidsmaatregelen nemen om lokale hittegolven te verminderen, dat tot merkbare en misschien onaangename gevolgen kan leiden voor de temperatuur en de regen in aangrenzende regio's. 

Voorstanders van lokale projecten, zoals het onderdrukken van het hitte-eilandeffect, zeggen dat ze enkel proberen om de gevolgen van onbedoelde geo-engineering door verstedelijking en de groei van akkerland, om te buigen. Bovendien stellen ze dat lokale aanpassingen alleen lokale effecten zullen hebben. “Als alle Franse boeren stoppen met ploegen in de zomer, zal de impact daarvan op de temperatuur in Duitsland verwaarloosbaar zijn”, stelt Seneviratne.

“Lokaal beheer van zonnestraling verschilt van mondiale geo-engineering omdat het niet gericht is op de beïnvloeding van de globale temperatuur en globale effecten dus te verwaarlozen zijn”, zegt ze. Het is enkel een “aanpassingsmaatregel”. 

Maar soms zijn de dingen niet zo eenvoudig. Het verlagen van de lokale temperaturen zou bijvoorbeeld de verdamping beperken en dus mogelijk de regenval kunnen beïnvloeden. Een modelstudie van Irvine concludeerde dat het rommelen met reflectie van zonlicht in grotere gebieden zoals woestijnen een “grote afname van de intensiteit van de Indiase en Afrikaanse moessons in het bijzonder zou kunnen veroorzaken.” Maar dezelfde studie concludeerde ook dat het veranderen van albedo in steden of op landbouwgrond waarschijnlijk geen significant effect zou hebben.

Steden afkoelen, levens redden

Wat wel duidelijk is, is dat het aanpakken van het hitte-eilandeffect door het vergroten van zonne-reflectie niet voldoende is om de klimaatverandering af te weren. Volgens berekeningen van Oleson zou het witten van elk stedelijk dak en plein ter wereld, de opwarming van de aarde slechts met elf jaar vertragen. Maar de potentiële waarde van het verlichten van de meest ernstige gevolgen van oververhitting in steden, kan wel levens redden.

Het hitte-eilandeffect kan een moordenaar zijn. Contra-intuïtief is het grootste effect vaak 's nachts. Kwetsbare mensen zoals ouderen die overdag last van de hitte hebben, hebben de nacht nodig om opnieuw af te koelen. Zonder die mogelijkheid kunnen ze bezwijken aan hitteberoerte en uitdroging. Uit onderzoek van deze maand blijkt dat temperatuurpieken ook een piek in hartaanvallen veroorzaken. Dit gebeurde tijdens de grote Europese hittegolf van 2003, waarbij ongeveer 70.000 mensen omkwamen, meestal in huizen zonder airconditioning. Artsen zegden dat de moordenaar niet zozeer de dagtemperatuur van 40 graden Celcius of hoger was, maar het feit dat de nachten warmer dan 30 graden bleven.

Dergelijke nachtmerries zullen waarschijnlijk in de toekomst steeds vaker voorkomen, omdat het stedelijk gebied toeneemt, en door de klimaatverandering.

Rekening houdend met de voorspelde stadsuitbreiding in de VS deze eeuw “kan worden verwacht dat de temperatuur dichtbij het aardoppervlak met 1 à 2 graden Celsius stijgt over grote regionale delen van het land”, stelt Georgescu's paper uit 2014. Vergelijkbare scenario’s bedreigen andere delen van de wereld die snel verstedelijken, waaronder China, India en Afrika. Van deze gebieden wordt verwacht dat ze hun stedelijk landoppervlak in 2030 verzesvoudigen ten opzichte van 1970. “Kwetsbare bevolkingsgroepen worden zo blootgesteld aan de door het landgebruik aangestuurde klimaatverandering.”

Verschillende studies suggereren dat de klimaatverandering zelf het hitte-eilandeffect kan aanwakkeren. Richard Betts van het Britse Met Office Hadley voorspelt dat dit op sommige plaatsen het verschil tussen stedelijke en landelijke temperaturen met wel 30 procent zal verhogen, vooral in het Midden-Oosten en in Zuid-Azië, waar sterfgevallen tijdens hittegolven al veel voorkomen.

De combinatie van stijgende temperaturen door de klimaatverandering en een hoge luchtvochtigheid zal naar schatting grote delen van het Perzische Golfgebied als eerste in de wereld onbewoonbaar maken. En een studie die in februari werd gepubliceerd, voorspelde dat de temperaturen tot 10 graden kunnen stijgen in de meeste Europese steden tegen het einde van de eeuw.

Geen wonder dat de roep naar verkoeling van steden steeds luider klinkt.

Niet wit maar groen

Een andere optie is niet om daken wit te spuiten, maar om er groendaken van te maken. Dit wordt al in verschillende steden toegepast. In 2016 werd San Francisco de eerste Amerikaanse stad die de aanleg van groendaken op sommige nieuwe gebouwen verplicht maakte. New York kondigde vorig jaar een programma aan van 100 miljoen dollar voor het koelen van buurten door middel van de aanplant van bomen. Dus, wat is er beter, een wit dak of een "groen" dak?

Volgens Georgescu is het direct koelende effect van witte daken groter. Vincenzo Costanzo van de Universiteit van Reading, heeft een vergelijkbare conclusie met betrekking tot Italiaanse steden. Maar groendaken hebben nog andere voordelen. Een onderzoek in Adelaide, Australië, heeft aangetoond dat ze naast koeling in de zomer ook dienen als isolerende laag om gebouwen warmer te houden in de winter.

Derde optie

Er is ook nog een derde optie: daken bedekken met fotovoltaïsche cellen. Die zijn donker en reflecteren dus niet veel zonnestraling in de ruimte. Maar dat komt omdat het net hun taak is om de energie te vangen en om te zetten in duurzame elektriciteit.

Zonnepanelen “koelen dagtemperaturen af op een manier die vergelijkbaar is met het vergroten van albedo via witte daken”, stellen wetenschappers van de University of New South Wales. Uit hun onderzoek, dat vorig jaar verscheen in het tijdschrift Scientific Reports, bleek dat zonnepanelen in een stad als Sydney in Australië, de temperatuur tot 1 graad konden verlagen.

Dat is de theorie. De vraag is of het ook in de praktijk zal werken. Onderzoek naar de invloed op lokale temperaturen van grote zonneparken in woestijnen heeft immers tegenstrijdige bevindingen opgeleverd. Want terwijl ze wel verhinderen dat de zonnestralen het woestijnoppervlak bereiken, werken ze 's nachts ook als een isolerend deken, waardoor het woestijnzand de opgenomen warmte minder goed kan afgeven. 

De conclusie is dan dat lichte, reflecterende oppervlakken een grote impact kunnen hebben bij het afkoelen van de omgevingslucht – in steden, maar ook op het platteland. Witgekalkte muren, fotovoltaïsche cellen en velden vol stoppels kunnen allemaal zorgen voor lokale verlichting tijdens de broeierige decennia die eraan komen. 

Maar beleidsmakers pas op. Het werkt niet altijd zo. Er kunnen onbedoelde gevolgen zijn, zowel voor de temperatuur als voor sommige andere aspecten van het klimaat zoals de regenval. Zelfs lokale geo-engineering moet dus met zorg worden behandeld.

Dit artikel is eerder verschenen op YaleEnvironment360