I ricercatori del CSIC hanno sviluppato una nanostruttura polimerica che disperde il calore nello spazio sfruttando la radiazione solare, riducendo 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 in grado di raffreddare superfici esposte al sole senza consumare elettricità, una possibile alternativa per alleggerire la crescente bolletta energetica della refrigerazione, già responsabile di circa il 20% del consumo elettrico mondiale.
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Lo studio, guidato dal gruppo Functional Nanoscale Devices for Energy (FINDER) e pubblicato sulla rivista Nanophotonics, si basa sulla refrigerazione radiativa passiva diurna, 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 si disperde direttamente nello spazio senza essere intrappolato. Un materiale che emetta bene in quella finestra e che al tempo stesso rifletta la radiazione solare può raffreddarsi fino a raggiungere una temperatura inferiore a quella dell'aria circostante, senza presa elettrica né compressore.
Un polimero con le proprietà giuste
Gli scienziati hanno puntato sul fluoruro di polivinilidene (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, ottenendo un effetto autopulente, e sopporta bene gli agenti atmosferici.
La chiave dell'avanzamento non è tanto nel materiale quanto nel modo in cui è stato modellato. Il team ha infiltrato il polimero in matrici nanoporose di ossido di alluminio anodizzato, ottenendo strutture tridimensionali la cui geometria interna può essere controllata con precisione. Un aspetto determinante, perché le prestazioni ottiche di questi sistemi di raffreddamento dipendono dal loro design su scala nanometrica.
I dati confermano il potenziale: la versione ottimizzata del materiale, sottoposta a 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 si disperde nello spazio.
Sulla carta, 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. Il test sulla terrazza di Tres Cantos, con un'irradianza solare massima di 962 W/m², ha confermato quel 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 di Tres Cantos, a 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 senza rivestimento.
Gli stessi ricercatori insistono sul fatto che la tecnologia è ancora in fase di sviluppo, ma ricordano che il processo di fabbricazione è relativamente economico e compatibile con processi industriali già esistenti. Questo apre la strada ad applicazioni che spaziano dalle facciate e dai tetti degli edifici ai dispositivi elettronici, ai veicoli o persino ai sistemi di raffreddamento personale, tutti con lo stesso obiettivo: ridurre la dipendenza dall'aria condizionata e le emissioni che ne derivano.