Condizionatore green con i cristalli plastici

condizionatori aria condizionata gas serra

Chi non è mai entrato in casa e in preda alla calura estiva ha immediatamente acceso il condizionatore per rinfrescare? Poi magari ha preso un gelato dal freezer o un bel bicchier d’acqua ghiacciata. I benefici della tecnologia della refrigerazione sono ormai irrinunciabili nella vita di tutti i giorni. Ma queste tecnologie che ci permettono di stare freschi, di conservare i cibi e più generale di vivere meglio hanno un prezzo alto per l’ambiente, soprattutto in termini di riscaldamento climatico.

A parte il consumo energetico, la maggior parte dei materiali usati per la refrigerazione sono “gas serra”, tra i più comuni gli idrofluorocarburi (HFC) e gli idrocarburi (HC), composti che, se dispersi nell’aria, contribuiscono al riscaldamento globale. La ricerca è impegnata a trovare un’alternativa “green”, un sistema che possa sostituire o almeno competere con la tecnologia che impiega queste sostanze. E ora una soluzione potrebbe essere a portata di mano: i cristalli plastici. Secondo i ricercatori della Cambridge University e la Universitat Politécnica de Catalunya, questi materiali di largo impiego industriale e dal costo contenuto rappresentano una valida alternativa ecologica, ed economica, ai gas attualmente impiegati nella refrigerazione, dal condizionatore al frigorifero. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature Communication.

Stato solido o liquido? Plastico!

I cristalli plastici sono sostanze che esistono in uno stato fisico intermedio tra il solido e il liquido. Sono costituiti da molecole organiche (quindi contenenti principalmente carbonio, idrogeno e ossigeno) piccole e sferiche, disposte in modo tale da formare un reticolo cristallino regolare. MoyA e i suoi collaboratori hanno studiato le proprietà dei cristalli plastici di neopentilglicole (NPG), composto largamente usato in vernici, plastificanti e lubrificanti e molto economico, per verificare se potessero essere utilizzati al posto degli attuali gas impiegati nei condizionatori.

La fabbrica del freddo: l’effetto barocalorico

Le tecnologie di raffreddamento convenzionali si basano sulla compressione e la successiva espansione di un fluido o un gas (HFC o Hc), un processo che induce un abbassamento di temperatura (raffreddando di conseguenza l’ambiente circostante). In generale, quando un materiale è sottoposto a una certa pressione cambia il suo stato fisico e ciò induce un cambiamento di temperatura, questo effetto è definito effetto barocalorico. Moya e i suoi collaboratori hanno riscontrato un enorme effetto barocalorico nei cristalli plastici di NPG.

Trattandosi di solidi (o “semisolidi”), il raffreddamento dei cristalli plastici avviene attraverso un cambiamento della struttura miscroscopica che si può indurre applicando un campo magnetico elettrico o grazie a una compressione meccanica. I cristalli di NPG, a seconda della temperatura e della pressione a cui sono sottoposti, possono cambiare la loro struttura cristallina da monoclina (più ordinata) a cubica (più disordinata) e viceversa.

Grazie allo studio di Moya è stato riscontrato che questo passaggio da una struttura ordinata/disordinata produce un enorme calore latente. In pratica, sottoponendo un cristallo plastico di NPG a una pressione moderata si ha un enorme cambiamento termico dovuto alle molecole sferiche di NPG che, data la loro forma, tendono a riorganizzarsi molto facilmente in una struttura più ordinata. In questi casi si dice che il sistema perde gradi di libertà.

Condizionatore senza gas serra

La novità dello studio sta proprio nel fatto che questa perdita di gradi di libertà, ottenuta tramite un passaggio da una struttura cristallina disordinata a una più ordinata, è comparabile a quella associata ai comuni passaggi di stato solido-liquido-gas osservata in diversi materiali, tra cui gli HFC e gli HC. Inoltre, la capacità di indurre questa riconfigurazione molecolare applicando pressioni molto moderate (circa 0.25 GPa) unita alla reversibilità di questo processo rende ancora più attraente questo fenomeno, che viene definito dagli autori dell’articolo “effetto barocalorico colossale”.

I cristalli plastici, concludono gli autori dello studio, hanno proprietà che li rendono degli ottimi sostituti dei tradizionali gas che si trovano in un frigorifero o in un condizionatore: una alternativa economica e a portata di mano per stare freschi ma non a spese dell’ambiente.

Riferimenti: Colossal barocaloric effects near room temperature in plastic crystals of neopentylglycol, Nature Communications.

Articoli correlati

LASCIA UN COMMENTO

Please enter your comment!
Please enter your name here