I ricercatori di Singapore portano gli aerogel a un livello superiore: focus su raffreddamento passivo e assorbimento delle onde elettromagnetiche

Gli aerogel sono noti per per le loro caratteristiche eccezionali: porosi e a bassissima densità, questi materiali vengono utilizzati con successo per gli scopi più disparati, dal riciclo dei metalli allo sviluppo di integratori per il controllo del peso.

Una delle applicazioni più promettenti degli aerogel, già ampiamente utilizzata nell’industria aerospaziale, è quella dell’isolamento termico, ma gli aerogel possono anche assorbire gas, rilevare particelle nucleari e confinare i rifiuti radioattivi.

In due nuovi studi pioneristici, i ricercatori National University of Singapore (NUS) hanno sviluppato nuovi aerogel che sfruttano le proprietà uniche di questi materiali per due applicazioni particolarmente importanti per il prossimo futuro: il raffreddamento passivo degli edifici e l’assorbimento delle onde elettromagnetiche emesse dai dispositivi elettronici.

Aerogel per il raffreddamento passivo degli edifici

Il team di ricerca guidato dal Professore Associato Duong Hai-Minh del Dipartimento di Ingegneria Meccanica del NUS College of Design and Engineering ha lavorato a due studi distinti.

Nel primo, i ricercatori hanno sviluppato degli aerogel a film sottile che funzionano come isolanti termici e raffreddatori radiativi. I nuovi aerogel sono prodotti a partire dalle fibre di PET provenienti da bottiglie di plastica riciclate, e possono essere applicati a qualsiasi superficie.

Come si legge nello studio pubblicato su Solar Energy, questi aerogel offrono una soluzione scalabile e sostenibile per la gestione termica passiva degli edifici. I sistemi di raffreddamento tradizionali, infatti, consumano una gran quantità di energia, rappresentando circa il 20% dell’elettricità utilizzata negli edifici di tutto il mondo.

I nuovi materiali si basano sui precedenti studi del team del NUS, che aveva già sviluppato aerogel a partire da rifiuti in plastica e foglie di ananas, e rappresentano una soluzione efficace per il raffreddamento passivo radiativo, un meccanismo che gli scienziati di tutto il mondo – alla ricerca di una soluzione efficiente per la gestione termica degli edifici in un pianeta sempre più caldo – stanno indagando a fondo.

Il raffreddamento radiativo, spiegano i ricercatori, è un meccanismo di raffreddamento in cui una superficie perde calore passivamente emettendo luce termica infrarossa nello spazio esterno, e che può essere ottenuto progettando materiali in grado di emettere in modo efficiente in specifiche regioni dello spettro elettromagnetico.

Gli isolanti termici dal PET delle bottiglie monouso

Il team guidato da Duong aveva già lavorato con fibre di PET per produrre aerogel, ma il nuovo metodo è risultato essere significativamente più efficiente dal punto di vista energetico: come si legge nello studio, consuma circa il 97% di energia in meno e riduce il tempo di produzione del 96%.

Come ha dichiarato il Professor Duong:

“Siamo entusiasti di poter riciclare le fibre delle bottiglie monouso in polietilene tereftalato (PET) per i nuovi aerogel progettati a questo scopo, per contribuire ad affrontare la crisi globale dei rifiuti di plastica”.

Ma quali sono le performance di questi nuovi aerogel per il raffreddamento passivo? Durante i test effettuati nel clima caldo di Singapore, condotti in collaborazione con il dottor Jaesuk Hwang del Centre for Quantum Technologies della NUS, un film di aerogel spesso 0,5 centimetri ha prodotto un raffreddamento di 2°C. Il materiale, inoltre, ha anche mostrato un buon isolamento termico, impedendo l’assorbimento di calore dall’ambiente circostante.

Secondo il Prof. Duong

“Questi aerogel potrebbero ridurre il consumo di energia negli edifici residenziali e commerciali, soprattutto nei climi tropicali dove il raffreddamento è ormai una necessità”.

La ricerca futura si concentrerà sull’adattamento di questi aerogel a diverse condizioni climatiche e sull’espansione delle loro applicazioni al di là dell’isolamento degli edifici, come ad esempio nei processi industriali in cui è fondamentale una gestione termica efficiente dei tubi di circolazione dei liquidi.

Aerogel per la protezione dalle onde elettromagnetiche

In un altro studio, pubblicato all’inizio del 2024 sulla rivista Carbon, i ricercatori del NUS hanno ideato un metodo semplice e scalabile per produrre aerogel in grado di assorbire le onde elettromagnetiche emesse dai moderni dispositivi elettronici, che possono disturbare le apparecchiature vicine e comportare gravi rischi per la salute umana.

Sviluppare materiali in grado di assorbire efficacemente le onde elettromagnetiche, spiegano gli scienziati, è assolutamente necessario se vogliamo proteggere la salute umana e l’infrastruttura tecnologica dagli effetti negativi dell’inquinamento elettromagnetico.

Per rispondere a quest’esigenza, il team del Prof. Duong ha sviluppato una procedura scalabile ed ecologica per produrre nuovi aerogel estremamente efficaci nell’assorbimento delle onde elettromagnetiche. Il processo, spiegano gli scienziati, prevede la miscelazione di tre componenti principali: nanotubi in carbonio, alcol polivinilico e carbossimetilcellulosa. Il tutto senza l’utilizzo di solventi, sostanze chimiche tossiche o polimeri pesanti di riempimento.

L’aerogel, con uno spessore di circa 3 millimetri – approssimativamente la larghezza di 40 ciocche di capelli umani – ha dimostrato l’impressionante capacità di assorbire il 99,99% dell’energia elettromagnetica. Nell’intera banda X (8,2-12,4 GHz) dello spettro elettromagnetico, l’aerogel ha dimostrato di essere in grado di assorbire il 90% dell’energia.

I ricercatori hanno stimato che produrre un metro quadrato di aerogel con uno spessore di un centimetro costerebbe meno di 100 dollari australiani. In futuro, la ricerca si concentrerà sul perfezionamento delle proprietà meccaniche dell’aerogel e sulla conduzione di test che permettano di valutare la capacità di assorbimento in condizioni reali.

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