Passa ai contenuti principali

Ricerca, il sole per produrre il freddo

Uno studio del Politecnico di Torino (SMaLL) e dell’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRiM), ha messo a punto un dispositivo capace di generare un effetto di raffrescamento senza l’utilizzo di energia elettrica. La ricerca pubblicata sulla rivista Science Advances. 






Raffrescare e riscaldare gli ambienti in cui viviamo o lavoriamo è un’esigenza comune nella maggior parte delle aree abitate. In Europa, l’energia consumata per la climatizzazione è già in aumento, ma l’innalzamento delle temperature in diverse regioni del mondo fa prevedere un possibile aggravarsi di questa esigenza. Per soddisfare il bisogno di raffrescamento degli edifici durante la stagione estiva, la tecnologia più diffusa a livello domestico e industriale è il classico condizionatore, che spesso impiega fluidi refrigeranti ad alto impatto ambientale e richiede inoltre un elevato fabbisogno di elettricità. Come ridurre, quindi, l’impatto energetico del raffrescamento degli edifici?

Una proposta arriva da un gruppo di studiosi del Politecnico di Torino (SMaLL) e dell’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRiM), che ha studiato un dispositivo capace di generare un effetto di raffrescamento senza l’utilizzo di energia elettrica.

Come nei dispositivi tradizionali, anche questa nuova tecnologia diminuisce la temperatura di un ambiente sfruttando l’evaporazione di un liquido. Tuttavia, la chiave della nuova soluzione proposta dai ricercatori torinesi è quella di usare semplice acqua e comune sale invece di composti chimici potenzialmente dannosi per l’ambiente. L’impatto ambientale del nuovo dispositivo è inoltre ridotto perché basato su fenomeni passivi, ossia processi spontanei come la capillarità o l’evaporazione, invece che su pompe e compressori che necessitano di energia e manutenzione.

Come spiega Matteo Alberghini, dottorando del Dipartimento Energia del Politecnico e primo autore della ricerca, far evaporare acqua per ottenere una sensazione di fresco è una soluzione nota da millenni, come il sudore che evapora sulla pelle per raffrescarci o un fazzoletto imbevuto appoggiato sulla fronte nelle giornate più calde. L'idea del gruppo di ricerca permette di ingegnerizzare questa tecnologia, massimizzandone l’effetto e rendendola possibile in qualsiasi condizione ambientale.

Anziché essere esposta all’aria, l’acqua pura bagna una membrana impermeabile che la separa da una soluzione di acqua e sale ad alta concentrazione. La membrana può essere immaginata come un setaccio con maglie grandi un milionesimo di metro: grazie alle sue proprietà idrorepellenti, questa membrana non viene attraversata dall’acqua liquida ma solo dal vapore. In questo modo, l’acqua dolce e salata non si mescolano, mentre il vapore d’acqua è libero di passare da una parte all’altra della membrana. In particolare, la differente salinità nei due liquidi consente all’acqua pura di evaporare più velocemente di quella salata.

Questo meccanismo raffredda l’acqua pura, e può essere amplificato grazie alla presenza di diversi stadi evaporativi. L’acqua salata tenderà gradualmente a “raddolcirsi” nel tempo e dunque l’effetto raffrescante ad attenuarsi; tuttavia, la differenza di salinità tra le due soluzioni può essere continuamente - e in modo sostenibile - ristabilita tramite l’energia solare, come peraltro dimostrato in un altro recente studio.

La caratteristica vincente del dispositivo ideato al Politecnico di Torino risiede nella sua progettazione: queste unità refrigeranti, spesse qualche centimetro ciascuna, possono funzionare autonomamente oppure essere disposte in serie, come accade con le comuni batterie, impilandole per aumentare l’effetto di raffrescamento. In questo modo è possibile calibrarne la potenza in base alle singole esigenze, raggiungendo capacità di raffrescamento confrontabili a quelle tipicamente necessarie per gli usi domestici. Inoltre, l’acqua non ha bisogno di pompe per essere movimentata all’interno del dispositivo, ma si “sposta” in modo spontaneo grazie all’effetto capillare di alcuni componenti che, così come la carta da cucina, sono capaci di assorbire e trasportare l’acqua anche contro la forza di gravità.

Anche altre strategie per il raffrescamento passivo sono in fase di sperimentazione in diversi centri di ricerca mondiali, ad esempio quelle basate sulla dispersione di calore per effetto radiativo. Il raffrescamento radiativo, seppur promettente e adatto ad alcune applicazioni, presenta però due grossi limiti: il principio su cui si basa è inefficace in climi tropicali e in generale nelle giornate molto umide, quando peraltro il bisogno di condizionamento sarebbe maggiore; inoltre il limite teorico della potenza di raffrescamento che può fornire è piuttosto ridotto. Il prototipo passivo, basato invece sul raffrescamento evaporativo tra due soluzioni acquose a diverse salinità, potrebbe superare questo limite, realizzando un effetto utile indipendente dall’umidità esterna. Per di più è possibile ottenere in futuro una capacità di raffrescamento anche più elevata aumentando la concentrazione della soluzione salina oppure ricorrendo ad un design modulare più spinto del dispositivo.

Il potenziale basso costo di produzione – appena qualche euro per ciascuno stadio – e la semplicità dell’assemblaggio renderebbero il dispositivo ideale per essere installato in zone rurali, dove la scarsa presenza di tecnici specializzati può rendere difficoltosa l’installazione e la manutenzione dei sistemi tradizionali. Interessanti ricadute potrebbero anche aversi in regioni ricche di acque ad alta concentrazione salina, come ad esempio quelle costiere, nelle vicinanze di grossi impianti di dissalazione oppure in prossimità di saline.

Ad ora, la tecnologia non è ancora pronta per una immediata commercializzazione. Tuttavia, ulteriori sviluppi (anche soggetti a futuri possibili finanziamenti o collaborazioni industriali) sono possibili. In prospettiva, tale tecnologia potrebbe affiancare gli impianti già esistenti alleggerendo il loro carico di lavoro e, così ridurre il consumo energetico a parità di effetto raffrescante.

Commenti

Post popolari in questo blog

Festival delle Scienze di Roma 2023 - Immaginari

Dal 18 al 23 aprile 2023 il Festival delle Scienze di Roma torna all’Auditorium Parco della Musica “Ennio Morricone” con la sua XVIII edizione. Incontri, conferenze, laboratori. Dal 18 - 23 aprile 2023. IMMAGINARI è il tema di questa edizione dedicata all’immaginazione, uno degli strumenti più potenti che ci permette di concepire opere d'arte, nuove tecnologie e ci consente di trovare soluzioni a problemi quotidiani. La scienza non sarebbe la stessa se non avessimo come alleata l’immaginazione per avviare ricerche e formulare ipotesi, interpretare dati e perseguire risultati migliori. Ed è dalle interazioni delle immaginazioni individuali che emergono gli immaginari condivisi che influenzano il modo in cui organizziamo le società. Oggi più che mai abbiamo bisogno di coltivare questi immaginari, per ripensare il presente e, soprattutto, plasmare possibili futuri. Da mercoledì 19 a sabato 22 aprile quattro incontri anche presso le Biblioteche di Roma, QUI IL PROGRAMMA . Prodotto dall

Lotta agli insetti alieni, Lycorma delicatula: un nuovo flagello della viticoltura mondiale. Uno studio indaga su comportamento e dispersione nell'ambiente

Uno nuovo studio statunitense per contrastare l'avanzata di un nascente insetto alieno candidato a diventare il nuovo flagello della viticoltura mondiale. Si tratta della Lycorma delicatula, un insetto dall'aspetto simile alla coccinella ma che a differenza di questa provoca danni consistenti ai vigneti. La Lanterna macchiata, così come viene chiamata dagli agricoltori, si è diffusa per la prima volta in Corea anche se originaria della Cina e ha già raggiunto, infestandoli, i vigneti della Pennsylvania. La lotta agli insetti alieni non permette soste, la ricerca si sta muovendo velocemente nel contrastare un nuovo flagello destinato a mettere sotto scacco la viticoltura mondiale. Si tratta della Lycorma delicatula, un insetto dall'aspetto simile alla coccinella, gli agricoltori la chiamano Lanterna macchiata, in inglese Spotted Lanternfly. Si è diffusa per la prima volta in Corea anche se è originaria della Cina. Nel 2014 ha raggiunto i vigneti della contea di Berks, in Pen

Musica e psicologia, cambia la percezione di consonanza e dissonanza: uno studio smentisce l'universalità del concetto di armonia di Pitagora

I risultati di una ricerca dell'Università di Cambridge, smentiscono l'universalità del concetto di armonia di Pitagora. Nascono apprezzamenti istintivi verso nuovi tipi di armonia. Lo studio pubblicato su Nature Communications. Un team di ricerca dell’Università di Cambridge, Princeton e del Max Planck Institute for Empirical Aesthetics, ha scoperto che nei normali contesti di ascolto, in realtà non preferiamo che gli accordi siano perfettamente all'interno dei rapporti matematici professati da Pitagora.  Il tono e l’accordatura degli strumenti musicali hanno il potere di manipolare la nostra percezione dell'armonia. I risultati dello studio ribaltano gli assunti di secoli di teoria musicale occidentale e incoraggiano una maggiore sperimentazione con strumenti provenienti da culture diverse. Secondo il filosofo greco Pitagora, la "consonanza" - una combinazione di note dal suono piacevole - è prodotta da relazioni speciali tra numeri semplici come 3 e 4. Rece