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Photo by Aaswath Raman / CC BY

Risorse rinnovabili? Il cielo sopra le nostre teste


Gli antichi persiani erano in grado di creare e conservare ghiaccio nel deserto. Questo grazie a costruzioni particolari chiamate Yakhchal, e a un fenomeno fisico conosciuto come raffreddamento del cielo notturno o raffreddamento radiativo. Lo stesso fenomeno che ha ispirato Aaswath Raman, docente di fisica con tanto di laboratorio a suo nome alla Penn University di Philadelphia, a mettere a punto un materiale in grado di rivoluzionare i sistemi di raffreddamento nelle nostre case sfruttando una risorsa rinnovabile inaspettata: il freddo dello Spazio.

I sistemi di raffreddamento oggi rappresentano il 17 per cento dell’elettricità che usiamo nel mondo. Questo include tutto, dai climatizzatori che desideravo disperatamente durante le mie vacanze estive, ai sistemi di refrigerazione che tengono il cibo al fresco nei supermercati, ai sistemi di scala industriale che mantengono operativi i nostri data center”, ha spiegato nella sua TED Talk a Vancouver, lo scorso aprile. “Nel complesso poi, questi sistemi rappresentano l’8 percento delle emissioni globali di gas serra”.

Il consumo di energia per il raffreddamento è destinato ad aumentare, secondo Raman, anche di sei volte entro il 2050, a causa dell’uso sempre maggiore di questi sistemi in Asia e in Africa. “Nel peggiore dei casi, potremmo aver bisogno di più di 10 trilioni di kilowattora di elettricità ogni anno, solo per il raffreddamento, entro il 2100: metà dell’energia elettrica che adoperiamo oggi”. “Un miglioramento del 10 o 20 percento nell’efficienza dei sistemi di raffreddamento potrebbe avere un impatto enorme sulle nostre emissioni di gas serra, sia oggi che in futuro”.

Come raggiungere questo miglioramento? È qui che entra in gioco il ghiaccio dei persiani: “Versavano acqua in una piscina nelle prime ore della sera, al tramonto, e poi accadeva qualcosa di incredibile. Anche se la temperatura dell’aria era al di sopra di quella di congelamento, per esempio 5°C, l’acqua si congelava”, ha raccontato lo scienziato.

“Quella pozza d’acqua, come noi e tutti i materiali naturali, emette calore sottoforma di luce. Questo è un concetto noto come radiazione termica”. Il calore della piscina sale verso l’atmosfera che in parte lo assorbe e lo rimanda indietro sulla superficie terrestre.

La nostra atmosfera, tuttavia, non assorbe tutto quel calore. Parte di esso fugge, come spiega Raman “in un posto che è molto, molto più freddo”: lo Spazio esterno, che raggiunge temperature anche di -270°C. “La pozza d’acqua invia più calore al cielo di quanto il cielo non le ritrasmetta indietro e per questo motivo si raffredderà al di sotto della temperatura circostante. Questo è un effetto noto come raffreddamento del cielo notturno o raffreddamento radiativo”.

Come sfruttare questo fenomeno anche di giorno, quando il Sole annulla l’effetto di raffreddamento naturale? Raman, verso la fine del suo dottorato all’Università di Stanford, ha trovato la soluzione: un materiale ottico più sottile di 40 volte di un capello umano. Questo materiale è in grado di fare due cose contemporaneamente: non assorbe la luce del sole e, allo stesso tempo, emette radiazione termica nella lunghezza d’onda dell’infrarosso, che sorpassa la nostra atmosfera e raggiunge il freddo dello Spazio. “La prima volta che messo alla prova questo materiale, ero su un tetto a Stanford”, ricorda lo scienziato. “Avevo lasciato il dispositivo fuori per un po’, e quando mi ci sono avvicinato di nuovo, in pochi secondi ho capito che stava funzionando. Come? L’ho toccato e mi è sembrato freddo”.

Finito il dottorato, Raman ha fondato una start-up chiamata SkyCool System per sfruttare questa tecnologia e tradurla in applicazioni pratiche. “Abbiamo realizzato pannelli di raffreddamento a fluido”, ha raccontato. “Questi pannelli hanno una forma simile agli scaldacqua solari, ma fanno il contrario: raffreddano l’acqua, passivamente, usando il nostro materiale speciale”.

Per sapere se l’idea di Raman avrà successo, bisognerà aspettare un paio di anni, quando i primi progetti pilota saranno testati. Lo scienziato però sembra molto ottimista. “In futuro, potremmo essere in grado di integrare questi tipi di pannelli con sistemi di raffreddamento degli edifici  per ridurre il loro consumo di energia di due terzi. E  potremmo anche essere in grado di costruire un sistema di raffreddamento che non richiede alcuna immissione di energia elettrica”.

Siamo costantemente immersi nella radiazione infrarossa; se potessimo piegarla alla nostra volontà, potremmo cambiare profondamente i flussi di calore ed energia che ci circondano ogni giorno. Questa capacità, unita alla fredda oscurità dello Spazio, ci indirizza verso un futuro in cui noi, come civiltà, saremo in grado di gestire in modo più intelligente la nostra impronta energetica”.


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