Realizzato un prototipo di climatizzatore più rispettoso dell’ambiente
Utilizza refrigeranti solidi barocalorici per raffreddare in modo efficiente e non inquinare a fine vita
[23 Agosto 2022]
Manca ancora un mese alla fine di questa caldissima estate durante la quale – ignorando le raccomandazio0ni del presidente del Consiglio dimissionario Mario Draghi, gli italiani (come del resto europio, statunitensi e canadesi) han no tenuto costantemente in funzione i condizionatori d’aria per combattere il caldo. Ma, oltre a consumare energia, i condizionatori nascondono un altro pericolo: i refrigeranti a base di idrofluorocarburipresenti in questi e altri dispositivi di raffreddamento sono potenti gas serra e tra i principali fattori di cambiamento climatico.
La soluzione potrebbe venire da un prototipo di dispositivo, molto più rispettoso dell’ambiente e che utilizza refrigeranti solidi per raffreddare in modo efficiente un‘area, che un giorno potrebbe sostituire gli “A/C” esistenti.
Lo ha presentato al fall meeting dell’American Chemical Society (ACS Fall 2022) Adam Slavney, leader di un team di ricercatori, che ha ricordato «Installare un condizionatore d’aria o gettarne uno via è semplicemente un enorme fattore di riscaldamento globale. I refrigeranti utilizzati in questi sistemi sono migliaia di volte più potenti dell’anidride carbonica e possono fuoriuscire accidentalmente dai sistemi durante la manipolazione o lo smaltimento. I sistemi di raffreddamento tradizionali, come i condizionatori d’aria, funzionano facendo passare un refrigerante tra un gas e un liquido. Quando il liquido diventa un gas, si espande e assorbe calore, raffreddando una stanza o l’interno di un frigorifero. Un compressore che funziona a circa 70-150 libbre per pollice quadrato (psi) trasforma il gas in un liquido, rilasciando calore. Nel caso dei condizionatori, questo calore viene convogliato all’esterno dell’abitazione. Sebbene questo ciclo sia efficiente, le preoccupazioni per i cambiamenti climatici e le normative più severe sui refrigeranti idrofluorocarburi stanno stimolando la ricerca di quelli più responsabili dal punto di vista ambientale».
Secondo il team di Slavney, i refrigeranti solidi potrebbero essere una soluzione ideale: «A differenza dei gas, i solidi non disperdono nell’ambiente dalle unità A/C. Una classe di refrigeranti solidi, chiamati materiali barocalorici, funziona in modo simile ai tradizionali sistemi di raffreddamento gas-liquido. Usano i cambiamenti di pressione per passare attraverso i cicli di calore, ma in questo caso la pressione determina un cambiamento di fase da solido a solido».
Il principale ricercatore del progetto, Jarad Mason dell’università di Harvard, spiega a sua volta che «Questo significa che il materiale rimane un solido, ma la struttura molecolare interna cambia. L’aspetto strutturale chiave di questi materiali solidi barocalorici è che contengono catene molecolari lunghe e flessibili che sono tipicamente flosce e disordinate. Ma sotto pressione, le catene diventano più ordinate e rigide, un cambiamento che rilascia calore. Il processo per passare da una struttura ordinata a una rilassata è come sciogliere la cera, ma senza che diventi un liquido, afferma. Quando la pressione viene rilasciata, il materiale riassorbe il calore, completando il ciclo».
Ma i sistemi barocalorici hanno svantaggio: la maggior parte di questi materiali richiede pressioni massicce per portare ai cicli di calore. Per produrre queste pressioni, i sistemi necessitano di apparecchiature costose e specializzate che non sono pratiche per le applicazioni di raffreddamento del mondo reale. Mason e il suo team hanno recentemente segnalato materiali barocalorici che possono agire come refrigeranti a pressioni molto più basse. Ora hanno dimostrato che dei refrigeranti – perovskiti ad alogenuri metallici – possono funzionare in un sistema di raffreddamento che hanno costruito da zero. Slavney. Evidenzia che «I materiali che abbiamo segnalato sono in grado di funzionare a circa 3.000 psi, che sono pressioni a cui può lavorare un normale sistema idraulico».
Per ora, il team ha costruito un prototipo unico nel suo genere che dimostra l’utilizzo di questi nuovi materiali in un pratico sistema di raffreddamento. Il dispositivo ha tre parti principali: un tubo di metallo riempito con il refrigerante solido e un liquido inerte: acqua o olio; un altro pezzo del dispositivo è un pistone idraulico che applica pressione al liquido; il liquido che aiuta a trasferire quella pressione al refrigerante e a trasportare il calore attraverso il sistema.
Dopo aver risolto diverse sfide ingegneristiche, il team ha dimostrato che «I materiali barocalorici funzionano come refrigeranti funzionali, trasformando le variazioni di pressione in cicli completi di variazione della temperatura». Mason fa notare che «Il nostro sistema non utilizza ancora pressioni così basse come quelle dei sistemi di refrigerazione commerciali, ma ci stiamo avvicinando. Per quanto a conoscenza del team, questo è il primo sistema di raffreddamento funzionante che utilizza refrigeranti a stato solido che si basano su variazioni di pressione».
Ora, prototipo alla mano, il team prevede di testare una varietà di materiali barocalorici. Slavney conclude: «Speriamo davvero di utilizzare questa macchina come banco di prova per aiutarci a trovare materiali ancora migliori, compresi quelli che funzionano a pressioni più basse e che conducono meglio il calore. Con un materiale ottimale, i refrigeranti a stato solido potrebbero diventare un valido sostituto dell’attuale condizionamento dell’aria e di altre tecnologie di raffreddamento».