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Raffrescamento ad acqua a basso costo, grande interesse per il prototipo del gruppo SMaLL
Si tratta di una soluzione ecologica di raffrescamento ad acqua salata alimentato con la luce solare
L’inverno 2020, dati alla mano, è stato uno dei più caldi della storia. Se da un lato questo ha comportato una riduzione dei consumi per il riscaldamento, si teme l’effetto che l’innalzamento delle temperature potrà avere nel periodo estivo. Si prevede, purtroppo, un aumento importante dei consumi per il funzionamento degli impianti di raffrescamento ambientale, con le relative conseguenze sull’aumento delle emissioni climalteranti in atmosfera.
Al di là dell’imposizione di utilizzo di fluidi refrigeranti via via più ecologici, il settore della climatizzazione si sta muovendo intensamente per cercare soluzioni a questo problema, agendo su tutti i livelli della catena produttiva, dalla ricerca e sviluppo al repowering degli impianti.
Una novità interessante, in questo senso, arriva da un gruppo di ricerca del Politecnico di Torino (SmaLL) che ha collaborato con l’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRiM) nello sviluppo di un innovativo sistema per la produzione di raffrescamento da fonte solare, senza utilizzo di energia elettrica.
Questo innovativo progetto è stato presentato con un articolo nella rivista Science Advances.
Il processo chiave per il raffreddamento utilizzato da questo sistema rimane l’evaporazione, ma in questo caso i refrigeranti potenzialmente dannosi per l’ambiente sono sostituiti da semplice acqua addizionata con sale. Inoltre questo sistema non fa uso di pompe e compressori, che richiedono manutenzione e sono alimentati con energia, ma bensì sfruttano fenomeni passivi spontanei come capillarità ed evaporazione.
“Far evaporare acqua per ottenere una sensazione di fresco è una soluzione nota da millenni, come il sudore che evapora sulla pelle per raffrescarci o un fazzoletto imbevuto appoggiato sulla fronte nelle giornate più calde. La nostra idea permette di ingegnerizzare questa tecnologia, massimizzandone l’effetto e rendendola possibile in qualsiasi condizione ambientale” ha spiegato Matteo Alberghini, dottorando del Dipartimento Energia del Politecnico e primo autore della ricerca.
Ad un livello più puramente tecnico, ha raccontato il Dott. Alberghini, in questa nuova tecnologia“Anziché essere esposta all’aria, l’acqua pura bagna una membrana impermeabile che la separa da una soluzione di acqua e sale ad alta concentrazione. La membrana può essere immaginata come un setaccio con maglie grandi un milionesimo di metro: grazie alle sue proprietà idrorepellenti, questa membrana non viene attraversata dall’acqua liquida ma solo dal vapore. In questo modo, l’acqua dolce e salata non si mescolano, mentre il vapore d’acqua è libero di passare da una parte all’altra della membrana. In particolare, la differente salinità nei due liquidi consente all’acqua pura di evaporare più velocemente di quella salata. Questo meccanismo raffredda l’acqua pura, e può essere amplificato grazie alla presenza di diversi stadi evaporativi. L’acqua salata tenderà gradualmente a “raddolcirsi” nel tempo e dunque l’effetto raffrescante ad attenuarsi; tuttavia, la differenza di salinità tra le due soluzioni può essere continuamente - e in modo sostenibile - ristabilita tramite l’energia solare, come peraltro dimostrato in un nostro recente studio (intitolato Passive solar high-yield seawater desalination by modular and low-cost distillation N.d.r.)”.
Un processo naturale, che utilizza materie prime altrettanto naturali. Lo studio presenta inoltre la grande possibilità di utilizzo di questa tecnologia, che viene inserita in unità refrigeranti spesse solo qualche centimetro ed eventualmente impilabili in serie, così da aumentare l’effetto di raffrescamento a seconda delle esigenze. Calibrando in modo adeguato questi sistemi è possibile garantire un livello di raffrescamento per uso domestico pari a quello ottenibile con gli impianti di climatizzazione di tipo tradizionale.
Come si diceva in precedenza, un altro aspetto positivo di grande rilevanza è che questa tecnologia non richiede l’uso di energia elettrica per l’alimentazione di compressori o pompe per la movimentazione dell’acqua, che invece viene fatta spostare in modo spontaneo utilizzando dei componenti che sono capaci di assorbire e trasportare l’acqua anche contro la forza di gravità, un po’ come succede con la carta da cucina.
I ricercatori sono ben coscienti di inserire il proprio prototipo in un mercato molto attivo, in cui molti colleghi nel mondo stanno dando il proprio contributo per elaborare strategie di raffrescamento sostenibile. Una di quelle di cui si è sentito più spesso parlare ultimamente si basa sull’effetto radiativo. In merito a questa proposta i ricercatori dello SMaLL hanno commentato: “Il raffrescamento radiativo, seppur promettente e adatto ad alcune applicazioni, presenta però due grossi limiti: il principio su cui si basa è inefficace in climi tropicali e in generale nelle giornate molto umide, quando peraltro il bisogno di condizionamento sarebbe maggiore; inoltre il limite teorico della potenza di raffrescamento che può fornire è piuttosto ridotto. – facendo un confronto diretto con la nuova tecnologia hanno spiegato - Il nostro prototipo passivo, basato invece sul raffrescamento evaporativo tra due soluzioni acquose a diverse salinità, potrebbe superare questo limite, realizzando un effetto utile indipendente dall’umidità esterna. Per di più, potremmo ottenere in futuro una capacità di raffrescamento anche più elevata aumentando la concentrazione della soluzione salina oppure ricorrendo ad un design modulare più spinto del dispositivo”.
Delle premesse quasi troppo belle per essere vere, tant’è che i più diffidenti potrebbero pensare che il limite di questo tipo di impianti siano il prezzo e/o le modalità di installazione. Ma anche in questo caso bisogna ricredersi. Da quanto spiegato dal gruppo di studio, si parla di un costo di qualche euro per ciascuno stadio e l’installazione dovrebbe essere così semplice da poter essere effettuata anche da tecnici non specializzati, anche in aree rurali in cui c’è carenza di personale esperto.
Le aree più idonee per l’installazione di questi impianti sarebbero sicuramente quelle costiere, di cui il nostro paese è naturalmente ricco, così da poter approfittare dell’abbondanza di acque ad alta concentrazione salina, possibilmente nei pressi di impianti di dissalazione o di saline.
Lo ricordiamo, al momento si tratta ancora di un prototipo, non ancora pronto per la commercializzazione. Tuttavia i ricercatori si sono detti pronti a proseguire le attività, eventualmente collaborando con aziende e finanziatori privati. Considerando le grandi potenzialità di questa tecnologia di refrigerazione ad acqua, si può pensare che, soprattutto in una prima fase, impianti di questo genere potrebbero essere affiancati ad impianti tradizionali già in attività, così da alleggerire il carico di lavoro e ridurre il consumo energetico a parità di raffrescamento offerto.
Al di là dell’imposizione di utilizzo di fluidi refrigeranti via via più ecologici, il settore della climatizzazione si sta muovendo intensamente per cercare soluzioni a questo problema, agendo su tutti i livelli della catena produttiva, dalla ricerca e sviluppo al repowering degli impianti.
Una novità interessante, in questo senso, arriva da un gruppo di ricerca del Politecnico di Torino (SmaLL) che ha collaborato con l’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRiM) nello sviluppo di un innovativo sistema per la produzione di raffrescamento da fonte solare, senza utilizzo di energia elettrica.
Questo innovativo progetto è stato presentato con un articolo nella rivista Science Advances.
Il processo chiave per il raffreddamento utilizzato da questo sistema rimane l’evaporazione, ma in questo caso i refrigeranti potenzialmente dannosi per l’ambiente sono sostituiti da semplice acqua addizionata con sale. Inoltre questo sistema non fa uso di pompe e compressori, che richiedono manutenzione e sono alimentati con energia, ma bensì sfruttano fenomeni passivi spontanei come capillarità ed evaporazione.
“Far evaporare acqua per ottenere una sensazione di fresco è una soluzione nota da millenni, come il sudore che evapora sulla pelle per raffrescarci o un fazzoletto imbevuto appoggiato sulla fronte nelle giornate più calde. La nostra idea permette di ingegnerizzare questa tecnologia, massimizzandone l’effetto e rendendola possibile in qualsiasi condizione ambientale” ha spiegato Matteo Alberghini, dottorando del Dipartimento Energia del Politecnico e primo autore della ricerca.
Ad un livello più puramente tecnico, ha raccontato il Dott. Alberghini, in questa nuova tecnologia“Anziché essere esposta all’aria, l’acqua pura bagna una membrana impermeabile che la separa da una soluzione di acqua e sale ad alta concentrazione. La membrana può essere immaginata come un setaccio con maglie grandi un milionesimo di metro: grazie alle sue proprietà idrorepellenti, questa membrana non viene attraversata dall’acqua liquida ma solo dal vapore. In questo modo, l’acqua dolce e salata non si mescolano, mentre il vapore d’acqua è libero di passare da una parte all’altra della membrana. In particolare, la differente salinità nei due liquidi consente all’acqua pura di evaporare più velocemente di quella salata. Questo meccanismo raffredda l’acqua pura, e può essere amplificato grazie alla presenza di diversi stadi evaporativi. L’acqua salata tenderà gradualmente a “raddolcirsi” nel tempo e dunque l’effetto raffrescante ad attenuarsi; tuttavia, la differenza di salinità tra le due soluzioni può essere continuamente - e in modo sostenibile - ristabilita tramite l’energia solare, come peraltro dimostrato in un nostro recente studio (intitolato Passive solar high-yield seawater desalination by modular and low-cost distillation N.d.r.)”.
Un processo naturale, che utilizza materie prime altrettanto naturali. Lo studio presenta inoltre la grande possibilità di utilizzo di questa tecnologia, che viene inserita in unità refrigeranti spesse solo qualche centimetro ed eventualmente impilabili in serie, così da aumentare l’effetto di raffrescamento a seconda delle esigenze. Calibrando in modo adeguato questi sistemi è possibile garantire un livello di raffrescamento per uso domestico pari a quello ottenibile con gli impianti di climatizzazione di tipo tradizionale.
Come si diceva in precedenza, un altro aspetto positivo di grande rilevanza è che questa tecnologia non richiede l’uso di energia elettrica per l’alimentazione di compressori o pompe per la movimentazione dell’acqua, che invece viene fatta spostare in modo spontaneo utilizzando dei componenti che sono capaci di assorbire e trasportare l’acqua anche contro la forza di gravità, un po’ come succede con la carta da cucina.
I ricercatori sono ben coscienti di inserire il proprio prototipo in un mercato molto attivo, in cui molti colleghi nel mondo stanno dando il proprio contributo per elaborare strategie di raffrescamento sostenibile. Una di quelle di cui si è sentito più spesso parlare ultimamente si basa sull’effetto radiativo. In merito a questa proposta i ricercatori dello SMaLL hanno commentato: “Il raffrescamento radiativo, seppur promettente e adatto ad alcune applicazioni, presenta però due grossi limiti: il principio su cui si basa è inefficace in climi tropicali e in generale nelle giornate molto umide, quando peraltro il bisogno di condizionamento sarebbe maggiore; inoltre il limite teorico della potenza di raffrescamento che può fornire è piuttosto ridotto. – facendo un confronto diretto con la nuova tecnologia hanno spiegato - Il nostro prototipo passivo, basato invece sul raffrescamento evaporativo tra due soluzioni acquose a diverse salinità, potrebbe superare questo limite, realizzando un effetto utile indipendente dall’umidità esterna. Per di più, potremmo ottenere in futuro una capacità di raffrescamento anche più elevata aumentando la concentrazione della soluzione salina oppure ricorrendo ad un design modulare più spinto del dispositivo”.
Delle premesse quasi troppo belle per essere vere, tant’è che i più diffidenti potrebbero pensare che il limite di questo tipo di impianti siano il prezzo e/o le modalità di installazione. Ma anche in questo caso bisogna ricredersi. Da quanto spiegato dal gruppo di studio, si parla di un costo di qualche euro per ciascuno stadio e l’installazione dovrebbe essere così semplice da poter essere effettuata anche da tecnici non specializzati, anche in aree rurali in cui c’è carenza di personale esperto.
Le aree più idonee per l’installazione di questi impianti sarebbero sicuramente quelle costiere, di cui il nostro paese è naturalmente ricco, così da poter approfittare dell’abbondanza di acque ad alta concentrazione salina, possibilmente nei pressi di impianti di dissalazione o di saline.
Lo ricordiamo, al momento si tratta ancora di un prototipo, non ancora pronto per la commercializzazione. Tuttavia i ricercatori si sono detti pronti a proseguire le attività, eventualmente collaborando con aziende e finanziatori privati. Considerando le grandi potenzialità di questa tecnologia di refrigerazione ad acqua, si può pensare che, soprattutto in una prima fase, impianti di questo genere potrebbero essere affiancati ad impianti tradizionali già in attività, così da alleggerire il carico di lavoro e ridurre il consumo energetico a parità di raffrescamento offerto.
