Freddo più efficiente? Lo spazio ci può aiutare

Il condizionamento dell’aria e la refrigerazione consumano il 17% dell’elettricità generata a livello mondiale e sono responsabili dell’8% delle emissioni di gas serra. Avanti di questo passo, l’uso di elettricità per il raffrescamento potrebbe aumentare di 5-6 volte da qui al 2050. Chiaramente un dilemma per il clima e una situazione insostenibile.

Gli sforzi per trovare soluzioni più efficienti non hanno portato a una soluzione o a una proposta che cambi completamente le carte in tavola, come invece ci sarebbe bisogno. Almeno non fino ad ora.

Nella ricerca di soluzioni in grado di dare una svolta importante alla tendenza in atto, una società californiana chiamata SkyCool Systems è nelle prime fasi di produzione di un sistema di raffreddamento che afferma esser il più efficiente dal punto di vista energetico sviluppato fino ad ora. Esso sfrutta il principio del raffreddamento radiativo, ovvero la capacità dei corpi di irradiare calore nell’atmosfera, ma a quelle lunghezze d’onda che l’atmosfera riesce meglio a fare passare verso i suoi strati più esterni o verso l’universo, dove le temperature arrivano a circa 270 °C sotto lo zero.

Ma procediamo con ordine. I corpi e l’acqua emettono calore come se fosse luce. Questo è un concetto noto come radiazione termica: tutti i corpi emettono il proprio calore come una radiazione luminosa infrarossa, invisibile all’occhio umano ma visibile tramite una termocamera o telecamera termografica.

Il calore emesso dai corpi va nella atmosfera che ne assorbe una parte e la rimanda indietro – il famoso effetto serra. Ma vi sono lunghezze d’onda che passano attraverso l’atmosfera e si disperdono nello spazio, non tornando più indietro. In particolare questo è vero per le lunghezze tra gli 8 e i 13 micron. Qui c’è come una finestra sullo spazio nella nostra atmosfera, che permette al calore di sfuggire. Questo effetto, ovvero la capacità di emettere in lunghezze d’onda che effettivamente si allontanino verso gli spazi celesti, si chiama raffreddamento radiativo.  Per i climatologi e gli scienziati, esso è un fenomeno naturale molto importante perché permette di regolare il clima sulla terra e non farla diventare troppo calda.

«Alla fine del mio dottorato a Stanford– racconta Aaswath Raman, co-fondatore di SkyCool Systems – sono venuto a conoscenza di questo fenomeno e mi sono chiesto perché non lo usassimo come sistema di raffrescamento. In realtà, questo fenomeno era già stato studiato in precedenza, ma ci si era fermati davanti a un ostacolo: esso è considerevole di notte, quando i corpi emettono calore e non di giorno quando servirebbe raffrescare. Di giorno il sole riscalda tutti gli oggetti in modo tale da annullare l’eventuale raffreddamento radiativo dei corpi».

Il problema dunque era avere un materiale che non si surriscaldasse troppo sotto il sole e che fosse in grado di emettere soprattutto alle lunghezze d’onda indicate sopra. «Le conoscenze nel campo della nanofotonica e dei nanomateriali ci sono venute in aiuto. Abbiamo costruito una lastra di circa 1,8 micron di spessore, a strati alternati di SiO3, HfO3, Ag e altri materiali, in grado di fare due cose essenziali:

  • emettere calore nelle lunghezze d’onda della finestra atmosferica verso l’universo;
  • non surriscaldarsi sotto il sole, agendo come una specie di specchio rispetto alla luce solare».

 Il materiale della piastra realizzata da SkyCool Systems, come alcuni altri, si raffreddano anche se sono sotto il sole e possono raffreddarsi di 5-10°C rispetto alla temperatura circostante.

In questo sistema, che si trova ora in stadio pilota, i ragazzi di SkyCool Systems vedono una tecnologia in grado di rendere ogni sistema di refrigerazione del 10-12% più efficiente. Come? «Immaginiamo di avere dei pannelli di questo materiale, simili ai pannelli solari ma che per le loro caratteristiche fanno il contrario: raffreddano l’acqua che circola in essi. Quest’acqua viene poi collegata ai condensatori di un impianto di condizionamento o refrigerazione. Essa funge da boost, aumentando l’efficienza generale del sistema senza consumo di energia, perché essa viene raffreddata…dal sole»

SkyCool Systems è convinta che con una ingegnerizzazione migliore si possano raggiungere risultati superiori rispetto a quanto fino ad ora raggiunto, ma che anche solo i risultati attuali possano rappresentare un ottimo modo per migliorare l’efficienza dei sistemi, senza consumare energia.

Maggiori informazioni in un TED TALK di Raman o qui.

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