Le piume dei pinguini nascondono il segreto di un’efficace tecnologia antigelo

Una soluzione potenzialmente priva di sostanze chimiche per evitare l'accumulo di ghiaccio su cavi elettrici, pale eoliche e forse ali di aeroplani

[28 Ottobre 2022]

Durante la grande tempesta di ghiaccio del 1998, l’accumulo di ghiaccio sui tralicci e sulle linee elettriche bloccò gli Stati Uniti settentrionali e il Canada meridionale, lasciando molti al freddo e al buio per giorni e persino settimane. Che si tratti di pale eoliche, tralicci elettrici, droni o ali di aeroplani, la gestione dell’accumulo di ghiaccio dipende in genere da tecniche costose che richiedono tempo e/o molta energia, insieme all’utilizzo di diversi prodotti chimici. Ma, guardando alla natura, lo studio “Robust Anti-Icing Surfaces Based on Dual Functionality─Microstructurally-Induced Ice Shedding with Superimposed Nanostructurally-Enhanced Water Shedding”, pubblicato su ACS Appl. Mater. Interfaces da Michael Wood, Gregory Brock, Juliette Debray, Phillip Servio e Anne-Marie Kietzig del Department of Chemical Engineering della  McGill University di Montréal  sembra abbia trovato trovato un nuovo modo promettente per affrontare il problema.  I ricercatori si sono ispirati  alle ali dei pinguini Paua (Pygoscelis papua) che nuotano nelle acque ghiacciate dell’Antartide e la cui pelle resta libera dal ghiaccio anche quando la temperatura della superficie esterna è molte decine di gradi al di sotto dello zero.

La Kietzig che da quasi un decennio è al lavoro per trovare una soluzione ntigelo per le grandi infrastrutture energetiche, spiega che «Inizialmente abbiamo esplorato le qualità della foglia di loto, che è molto efficace nel respingere l’acqua ma si è rivelata meno efficace a respingere il ghiaccio. Solo quando abbiamo iniziato a studiare le qualità delle piume di pinguino abbiamo scoperto un materiale che si trova in natura in grado di eliminare sia l’acqua che il ghiaccio».

Wood sottolinea che «Abbiamo scoperto che la disposizione gerarchica delle piume stesse fornisce qualità di respingimento dell’acqua, mentre le loro superfici uncinate riducono l’adesione del ghiaccio. Siamo stati in grado di replicare questi effetti combinati attraverso una rete metallica tessuta lavorata al laser».

La Kietzig aggiunge: «Può sembrare controintuitivo, ma la chiave per la rimozione del ghiaccio sono tutti i pori della rete che attirano l’acqua in condizioni di gelo. L’acqua in questi pori è l’ultima a congelarsi, creando crepe quando si espande, proprio come si vede nelle vaschette per i cubetti di ghiaccio nel congelatore. Abbiamo bisogno di così poca energia per rimuovere il ghiaccio dalle nostre maglie, perché la fessura in ciascuno di questi pori serpeggia facilmente lungo la superficie di quei fili intrecciati».

I ricercatori canadesi hanno effettuato test delle superfici coperte dalla rete d’acciaio nella galleria del vento e hanno scoperto che «Erano il 95% più efficaci nel resistere all’accumulo di ghiaccio rispetto a una lastra di acciaio inossidabile lucidato senza involucro. Poiché non sono coinvolti trattamenti chimici, il nuovo approccio fornisce una soluzione potenzialmente esente da manutenzione per l’accumulo di ghiaccio su pale eoliche, tralicci elettrici, linee elettriche e droni».

Sebbene siano necessarie ulteriori ricerche, i risultati finora sono promettenti e la Kietzig conclude: «Dato il numero di normative in vigore nell’aviazione civile e i rischi connessi, è improbabile che le ali degli aeroplani vengano mai semplicemente avvolte in una rete metallica. E’ possibile, tuttavia, che la superficie delle ali di un aereo possa un giorno incorporare il tipo di trama che stiamo esplorando e che lo sbrinamento avvenga grazie a una combinazione di tecniche tradizionali di sbrinamento che lavorano di concerto nelle superfici delle ali che incorporano una trama superficiale ispirata alle ali di pinguino».