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Progettato un materiale edile sostenibile che cambia colore e la quantità di calore che assorbe o emette in base alla temperatura esterna
I ricercatori della Pritzker School of Molecular Engineering (PME) dell’Università di Chicago hanno progettato un materiale da costruzione “camaleontico” che cambia il suo colore a infrarossi e la quantità di calore che assorbe o emette a seconda della temperatura esterna. Nelle giornate calde, il materiale può emettere fino al 92% del calore infrarosso che contiene, contribuendo a raffreddare l’interno di un edificio. Nei giorni più freddi, invece, il materiale emette solo il 7% dei suoi infrarossi, contribuendo a mantenere calda l’abitazione.
Secondo alcune stime, il funzionamento degli edifici rappresenta quasi il 30% del consumo energetico globale ed emette il 10% di tutti i gas serra globali. Circa la metà di questa impronta energetica è attribuita al riscaldamento e raffrescamento degli spazi interni. “Per molto tempo, la maggior parte di noi ha dato per scontato il controllo della temperatura interna, senza pensare a quanta energia richiede. Se vogliamo un futuro a zero emissioni di carbonio, penso che dobbiamo prendere in considerazione diversi modi per controllare la temperatura degli edifici in modo più efficiente dal punto di vista energetico”, ha affermato l’Assistente Professore Po-Chun Hsu dell’Università di Chicago.
Per risolvere il problema, il team di ricercatori ha progettato un materiale da costruzione “elettrocromico” non infiammabile che contiene uno strato che può assumere due conformazioni: rame solido che trattiene la maggior parte del calore infrarosso, o una soluzione acquosa che emette infrarossi. Il dispositivo utilizza una piccola quantità di elettricità per indurre lo spostamento chimico tra gli stati depositando il rame in una pellicola sottile o rimuovendolo. I ricercatori hanno spiegato che il dispositivo può passare rapidamente e in modo reversibile tra lo stato metallico e quello liquido e hanno provato che la capacità di passare da una conformazione all’altra è rimasta efficiente anche dopo 1.800 cicli.
Il team ha quindi creato dei modelli per dimostrare come il loro materiale potrebbe ridurre i costi energetici in edifici tipici in 15 diverse città degli Stati Uniti. In un edificio commerciale medio, l’elettricità adoperata per indurre cambiamenti elettrocromici nel materiale sarebbe inferiore allo 0,2% del consumo totale di elettricità dell’edificio, ma potrebbe far risparmiare l’8,4% del consumo annuale di energia HVAC. “Una volta che si passa da uno stato all’altro, non è necessario applicare altra energia per rimanere in uno dei due stati. Quindi, per gli edifici in cui non è necessario passare da uno stato all’altro molto frequentemente, utilizza davvero una quantità trascurabile di elettricità”, ha spiegato Hsu.
Finora, i ricercatori hanno creato solo pezzi di materiale che misurano circa 6 cm di diametro. Tuttavia, molte di queste parti potrebbero essere assemblate come scandole in fogli più grandi e il materiale potrebbe anche essere ottimizzato per utilizzare colori diversi e personalizzati senza influire sulla sua capacità di assorbire gli infrarossi. Ora, i ricercatori stanno studiando diversi modi di fabbricare il materiale e hanno anche in programma di sondare come i suoi stati intermedi potrebbero essere utili.
“In sostanza, abbiamo escogitato un modo a basso consumo energetico per trattare un edificio come una persona; aggiungi uno strato quando hai freddo e togli uno strato quando hai caldo. Questo tipo di materiale intelligente ci consente di mantenere la temperatura in un edificio senza enormi quantità di energia”, ha dichiarato Hsu. Lo studio è stato pubblicato su Nature Sustainability.