I ricercatori del CSIC hanno sviluppato una nanostruttura polimerica in grado di disperdere calore verso lo spazio sfruttando la radiazione solare, una tecnica che potrebbe ridurre la dipendenza dall’aria condizionata in edifici, veicoli e dispositivi elettronici.
Un gruppo di ricercatori dell'Istituto di Micro e Nanotecnologia (IMN-CNM, CSIC) ha sviluppato un nanomateriale capace di raffreddare le superfici esposte al sole senza consumare elettricità, un'alternativa che potrebbe contribuire ad alleggerire la crescente bolletta energetica della refrigerazione, già responsabile di circa il 20% del consumo elettrico mondiale.
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Il lavoro, guidato dal gruppo Functional Nanoscale Devices for Energy (FINDER) e pubblicato sulla rivista Nanophotonics, si basa sul raffreddamento radiativo passivo diurno, una tecnica che sfrutta una peculiarità dell'atmosfera terrestre: esiste una banda dello spettro infrarosso, tra 8 e 13 micrometri, attraverso la quale il calore può disperdersi direttamente nello spazio senza essere intrappolato. Un materiale che emette efficacemente in quella finestra spettrale e che inoltre riflette la radiazione solare può raggiungere una temperatura inferiore a quella dell'aria circostante, senza bisogno di prese o compressori.
Un polimero con le proprietà giuste
Gli scienziati hanno puntato sul fluoruro di polivinilideno (PVDF), un polimero già noto per la sua capacità di emettere calore nell'infrarosso. Cristina Vicente, ricercatrice dell'IMN-CNM e responsabile del progetto COOLed, spiega che questo materiale "riunisce una combinazione di proprietà" che lo rendono ideale: oltre a emettere bene il calore, resiste alla radiazione ultravioletta, respinge l'acqua, con un effetto autopulente, e sopporta bene le intemperie.
La chiave di questo progresso non sta tanto nel materiale in sé quanto nel modo in cui è stato modellato. Il gruppo ha infiltrato il polimero in matrici nanoporose di ossido di alluminio anodizzato, ottenendo strutture tridimensionali la cui geometria interna può essere controllata con grande precisione, un aspetto decisivo perché l'efficienza ottica di questi sistemi di raffreddamento dipende dal loro design alla scala nanometrica.
I dati confermano le promesse: la versione ottimizzata del materiale, sottoposta a un raffreddamento ultrarapido dopo l'infiltrazione del polimero, riflette in media l'82,4% della radiazione solare e emette il 96,7% del calore nella finestra infrarossa tra 8 e 13 micrometri, la banda attraverso la quale quel calore può disperdersi nello spazio.
In teoria, questa combinazione si traduce in una capacità di raffreddamento di 182,3 watt per metro quadrato con un'irradianza solare di 1.000 W/m². La prova sulla terrazza del centro di Tres Cantos, con un'irradianza solare massima di 962 W/m², ha confermato questo valore sul campo.
Quasi 13 gradi in meno sul tetto
La teoria è stata messa alla prova la scorsa estate, con test all'aperto sulla terrazza del centro a Tres Cantos, Madrid. Dopo aver sottoposto il materiale a un trattamento con luce ultravioletta che lo sbianca e ne migliora la riflettanza solare, sono arrivati i risultati: nei giorni più caldi, secchi e soleggiati, la superficie trattata è rimasta fino a 12,9 °C più fredda rispetto a un campione non rivestito.
Gli stessi ricercatori insistono che la tecnologia è ancora in fase di sviluppo, ma sottolineano che il processo di fabbricazione è relativamente economico e compatibile con processi industriali già esistenti. Questo apre la strada a applicazioni che vanno dalle facciate e dai tetti degli edifici ai dispositivi elettronici, ai veicoli o persino ai sistemi di raffreddamento personale, tutti accomunati dallo stesso obiettivo: ridurre la dipendenza dall'aria condizionata e le emissioni che ne derivano.