Raffreddare un ambiente implica produrre calore e consumare elettricità. Gli attuali sistemi di raffreddamento, come ad esempio i condizionatori d’aria, sono tra gli elettrodomestici che maggiormente consumano elettricità e per questo motivo i ricercatori da tempo studiano nuove soluzioni che possano limitarne l’assorbimento. Inoltre, da anni la ricerca si è concentrata sui materiali in grado di disperdere il calore, come ad esempio quelli applicati sui tetti degli edifici, per poter aumentare l’efficienza energetica e combattere il riscaldamento globale. I ricercatori dell’Università di Buffalo, a New York, si sono concentrati proprio su questi aspetti per riuscire a progettare e realizzare un prototipo che sfrutta dei particolari nanomateriali per attuare un sistema di raffreddamento radiativo, cioè in grado di assorbire calore senza il bisogno di usare elettricità, e che possa utilizzare le onde infrarosse emesse verso il cielo per altri scopi, come ad esempio scaldare dell’acqua. Il prototipo è stato realizzato grazie al supporto del programma Thermal Transport Processes della U.S. National Science Foundation e i risultati ottenuti sono stati pubblicati sulla rivista Cell Reports Physical Science.
Sistema di raffreddamento senza elettricità: il risultato
In questo modo, gli scienziati sono riusciti a realizzare un prototipo che non solo fosse in grado di catturare calore, ma anche di riemetterlo per riscaldare dell’acqua. Il sistema realizzato dai ricercatori dell’Università di Buffalo ha un’area di soli 70 centimetri quadrati ed è riuscito a produrre tre importanti risultati:
- abbassare di 12 gradi Celsius la temperatura quando esposto in un ambiente di prova sotto la luce diretta del Sole
- abbassare la temperatura di 14 gradi Celsius quando esposto in un sistema di prova in laboratorio che simulava l’ambiente notturno
- catturare abbastanza energia solare da scaldare un campione di acqua fino a 60 gradi Celsius.
Questo nuovo materiale potrebbe essere impiegato sui tetti degli edifici, così da disperdere il calore e rinfrescarli senza dover utilizzare elettricità e consentendo di risparmiare l’utilizzo di combustibili fossili. Qiaoqiang Gan, principale autore dello studio e professore di ingegneria elettronica alla UB School of Engineering and Applied Sciences, ha commentato: “Al giorno d’oggi c’è un gran bisogno di sistemi di riscaldamento e raffreddamento, soprattutto di raffreddamento in un mondo che si surriscalda”.
Sistema di raffreddamento senza elettricità: design e materiali
Uno dei limiti dei sistemi di raffreddamento radiativi è proprio nel loro design. Questa tipologia di sistemi assorbe la luce solare, disperdendo il calore, per riemetterlo verso l’alto sotto forma di onde infrarosse. I ricercatori di Buffalo hanno notato che il calore non viene emesso solo verso il cielo, ma anche verso il basso, e hanno cercato un modo per canalizzare e orientare diversamente la fuoriuscita del calore.
I due punti chiave prototipo messo a punto da Gan e colleghi sono quindi i materiali e il design. Il prototipo è stato realizzato con due specchi disposti a forma di V e costituiti da 10 strati estremamente sottili di argento e biossido di silicio. Gli specchi assorbono la luce solare in entrata, trasformando le onde nello spettro del visibile e del vicino infrarosso in calore. Inoltre, riflettono anche le onde del medio infrarosso da un “emettitore”, cioè una scatola verticale disposta tra due specchi, che fa rimbalzare il calore verso il cielo. Considerato che l’emissione termica da entrambe le superfici dell’emettitore viene riflessa verso il cielo, la densità di potenza di raffreddamento locale si raddoppia, ottenendo una riduzione della temperatura da record.
Dai laboratori alla vita quotidiana: la spin-off Sunny Clean Water LLC
L’obiettivo di Gan e colleghi è quello di portare il loro prototipo dal laboratorio alla vita quotidiana. Per questo motivo Gan ha fondato la società spin-off Sunny Clean Water LLC, che cerca partner per la commercializzazione di questa nuova tecnologia, nata proprio per combattere gli effetti del riscaldamento globale sul pianeta e aiutare le città a utilizzare dei sistemi di raffreddamento che siano sostenibili e non producano altri effetti inquinanti.
Uno degli aspetti più interessanti del sistema realizzato dai ricercatori dell’Università di Buffalo è poi il fatto che non solo il calore viene assorbito, ma la sua emissione canalizzata consente di riutilizzarlo per altri scopi, come ad esempio il riscaldamento dell’acqua. Per questo motivo, il prototipo ha grandissime potenzialità come dispositivo ad alta efficienza energetica nei Paesi in via di sviluppo. Il prossimo passo dei ricercatori infatti sarà quello di migliorare la tecnologia, così da poter catturare abbastanza energia solare da far bollire l’acqua: in questo modo il prototipo consentirà di disperdere calore e rendere l’acqua potabile.
Fonte Fastweb.it