Un nuovo dispositivo termico per la gestione del calore regola la propria forma per aumentare o diminuire la temperatura, senza usare alcuna energia esterna. Secondo i suoi sviluppatori, questa tecnologia potrebbe lavorare insieme al tradizionale riscaldamento e raffreddamento per ridurre i picchi di temperatura degli edifici (e le spese).
I due metodi più comuni di controllo termico (riscaldamento e raffreddamento) sono responsabili di oltre la metà del consumo energetico mondiale. Le due crisi in corso (climatica e geopolitica) stanno imponendo ai ricercatori un ritmo forsennato per individuare tecnologie ad alte prestazioni in grado di regolare le temperature senza consumare molta energia elettrica, se non addirittura nessuna.
I laboratori si concentrano sul sole e sugli spazi esterni: tra le soluzioni più promettenti, finestre intelligenti che assorbono o riflettono il calore infrarosso del sole a seconda che sia una giornata estiva o invernale. Anche i sistemi di raffreddamento passivo radiativo sono un’opzione interessante, che evita di usare energia trasmettendo il calore direttamente allo spazio esterno a lunghezze d’onda che attraversano l’atmosfera terrestre.
Energia zero per riscaldare e raffreddare
Rujun Ma e colleghi della Nankai University di Tianjin, in Cina, puntavano a sviluppare un dispositivo termico in grado di passare dalla modalità di riscaldamento a quella di raffreddamento automaticamente, in base alla variazione di temperatura. Ha senso: se l’obiettivo della gestione termica è il controllo della temperatura, creare un sistema sensibile alla temperatura è l’optimum. Anche perchè in passato sono state sviluppate finestre che cambiano colore o modulatori a infrarossi che rispondono alle variazioni di temperatura: o riscaldano, o raffreddano. Mai entrambe le cose.
La caratteristica distintiva del dispositivo di Ma è l’uso di un’ampia gamma di lunghezze d’onda, dalla banda visibile all’infrarosso. Questo permette di coprire l’intera gamma della gestione termica: sia il riscaldamento solare che il raffreddamento radiativo.
Ancora una volta la biomimetica
Non mi stancherò mai di dirlo: le soluzioni scientifiche migliori sono nate tutte dall’osservazione della natura, e questo dispositivo termico non fa eccezione. In questo caso, il team di ricerca ha fatto una combo: ha osservato sia la pelliccia del coniglio himalayano (bianca quando fa caldo, scura con il freddo) che l’apertura e il ripiegamento delle foglie di una pianta, la mimosa pudica.
Il dispositivo termico è composto da due strati primari. Quello superiore è costituito da un foglio attuatore sensibile alla temperatura che espelle la radiazione infrarossa. Il foglio è fatto con polimeri progettati per rispondere in modo non uniforme alle variazioni di temperatura, in modo da arrotolarsi quando è freddo ed espandersi quando è caldo. La parte inferiore, invece, è costituita da un substrato termocromico che cambia colore in base alla temperatura e assorbe anche la luce visibile.
Un “mutaforma” termico
Quando la temperatura ambiente è bassa, in modalità riscaldamento, il foglio dell’attuatore si arriccia e il substrato termocromico diventa grigio, assorbendo la luce e riscaldandosi. Al contrario, n modalità di raffreddamento l’attivatore si distende per coprire il substrato e riflettere la luce solare, emettendo al contempo radiazioni infrarosse per raffreddarsi. La temperatura di attivazione per passare da una modalità all’altra può essere modificata cambiando i polimeri negli attuatori e le polveri termocromiche usate nel substrato.
Il dispositivo termico, che misura 4 x 4 centimetri, è stato in grado di funzionare per 500 cicli di apertura e rotazione in laboratorio. Ma e i suoi colleghi lo hanno testato sia al chiuso che all’esterno, come evidenziato nel documento pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences (che vi linko qui).
Hanno stimato, in base agli esperimenti sul campo, che la potenza di riscaldamento solare è di 252,2 watt per metro quadro, mentre quella di raffreddamento ha raggiunto i 59,7 W/m 2.
Tradotto: questo dispositivo risparmia energia rispetto a tutti gli altri dispositivi di gestione termica sensibili alla temperatura sviluppati finora. “Migliorerà significativamente l’efficienza dell’energia termica”, dice Ma, “e ha ancora molti margini di miglioramento”.
Bene. Nel frattempo, ventaglio e maglione (a seconda della necessità).
