Tenda refrigerante al posto dell'aria condizionata

Tutto è iniziato con una vaga idea: "Abbiamo pensato che sarebbe stato interessante combinare funzioni opposte in un unico materiale", spiega Mario Stucki, dottorando presso il Functional Materials Laboratory dell'ETH di Zurigo. Ha combinato due strati di polieturano idrofobo (idrorepellente) con uno strato intermedio di polimero idrofilo (che attrae l'acqua). La membrana risultante è asciutta al tatto, anche se è satura d'acqua. Inoltre, poiché gli strati esterni sono coperti da fori di circa un micrometro di diametro, l'acqua può fuoriuscire dallo strato centrale nell'ambiente.

Alternativa per le zone colpite dal calore

Quando Stucki si è reso conto di come il trasporto dell'acqua funzioni bene a Chi siamo, è nata l'idea della tenda refrigerante. "L'evaporazione dell'acqua richiede molta energia", spiega Stucki. "Gli umidificatori convenzionali funzionano allo stesso modo, ma richiedono molta elettricità. Il sistema di Stucki, invece, è passivo. "La radiazione solare che cade attraverso una finestra sulla tenda fornisce l'energia sufficiente per questo tipo di climatizzazione della stanza".

Queste tende potrebbero essere una benedizione per le regioni calde e secche. Nel 2015, la popolazione della penisola arabica ha sofferto di un'ondata di calore con temperature di Chi siamo di oltre 50°C. Gli scienziati del clima prevedono temperature ancora più elevate e una maggiore siccità nelle regioni desertiche. Ciò potrebbe addirittura portare all'inabitabilità di alcune zone climatiche. Raffreddare gli edifici e gli ambienti diventa quindi sempre più essenziale, ma consuma grandi quantità di elettricità. Negli Stati Uniti, ad esempio, circa il 15% del consumo energetico è attualmente attribuibile alle unità di condizionamento. Gran parte di questa energia proviene da combustibili fossili. La tenda di raffreddamento passiva sarebbe un'alternativa rispettosa dell'ambiente e del clima.

Ulteriore sviluppo di un'innovazione precedente

Stucki ha fatto scalpore nel 2013 con la sua tesi di Master all'ETH di Zurigo: In pochissimo tempo ha sviluppato un nuovo tipo di materiale per uso esterno. A differenza dei tessuti funzionali convenzionali, questo non contiene composti di fluoro dannosi per l'ambiente e la salute.

La sua ricerca attuale si basa sull'invenzione di allora: ha funzionalizzato il suo tessuto utilizzando dei segnaposto. Per farlo, ha mescolato minuscole particelle di calce al polimero liquido, che viene poi trasformato in tessuto. La calce può poi essere sciolta dal materiale solido trattandolo con acido cloridrico o acetico, creando minuscoli fori dove si trovano le nanoparticelle. Questi sono necessari affinché il materiale sia funzionale e possa "respirare". Le pareti esterne della barriera di raffreddamento sono fatte di questa plastica porosa, in modo che lo strato centrale, idrofilo, possa rilasciare l'acqua nell'ambiente.

Per combinare i diversi strati in un unico materiale, Stucki ha potuto utilizzare un metodo sviluppato dal professor Wendelin Stark dell'ETH e dal suo gruppo nel 2012. I diversi strati non vengono incollati tra loro, come avviene di solito nei processi industriali. Vengono invece posti uno sopra l'altro in un solvente adatto, che scioglie leggermente gli strati esterni e li lega allo strato centrale. Solo così i ricercatori possono garantire che il materiale esterno della membrana rimanga poroso.

"Proof of concept" di successo

Stucki è riuscito a dimostrare il principio di funzionamento della barriera di raffreddamento in un esperimento. A tal fine, ha collocato la membrana a tre strati in un bagno d'acqua e ha misurato la quantità di acqua rilasciata nell'ambiente (tra 1,2 e 1,7 chilogrammi di acqua al giorno per metro quadrato) a 30°C e al 50% di umidità. I ricercatori hanno estrapolato i risultati a un edificio cubico con un lato di 10 metri di lunghezza. L'area disponibile della tenda di 80 metri² è sufficiente a dissipare più calore a una temperatura esterna di 40°C e interna di 30°C di quello fornito dalla radiazione solare. La casa verrebbe così raffreddata passivamente.

"Siamo riusciti a dimostrare che il nostro sistema funziona in principio", dice Stucki. "Ma molte questioni devono ancora essere chiarite prima di poter essere commercializzate", ad esempio il comportamento microbiologico del materiale. Dopo tutto, le alte temperature e l'umidità costituiscono il terreno ideale per la crescita di batteri e funghi. Tuttavia, la plastica per l'involucro esterno potrebbe essere sostituita in modo relativamente semplice con materiali antisettici, afferma Stucki. Questo è uno dei vantaggi della funzionalizzazione con nanoparticelle di calcio.

Un'altra sfida è garantire che le tende possano far evaporare l'acqua su tutta la loro superficie. Per raggiungere questo obiettivo, è necessario migliorare il trasporto dell'acqua nella membrana. Infine, non è ancora chiaro per quanto tempo la membrana rimarrà stabile.

Dopo aver completato il dottorato in estate, Stucki si concentrerà inizialmente sulla commercializzazione di tessuti per esterni privi di fluoro. Attualmente è alla ricerca di partner finanziari. Tuttavia, non esclude che il nuovo tipo di membrana abbia un potenziale anche nel settore outdoor. È infatti ideale per eliminare il sudore in modo controllato e mirato, una delle proprietà più importanti dei tessuti funzionali.