Nuovi materiali nano-termici doppiamente efficienti per refrigerazione senza compressore

Grazie a questi nuovi materiali, l’efficienza dal punto di vista della refrigerazione senza bisogno di altri “aiuti”.

Nel campo della refrigerazione, qualcosa di decisamente interessante si sta muovendo. Un gruppo di ricercatori del Johns Hopkins Applied Physics Laboratory ha sviluppato un nuovo tipo di materiale che promette di rivoluzionare il modo in cui si raffreddano oggetti e ambienti. Si chiama CHES (Controlled Hierarchically Engineered Superlattice Structures), ed è pensato per migliorare in modo drastico l’efficienza dei dispositivi di raffreddamento termoelettrici. Un nome lungo e un po’ ostico, è vero, ma dietro quelle iniziali si nasconde un’idea semplice: raffreddare meglio, consumando meno.

Finora, i sistemi di raffreddamento più diffusi si basano su compressori e fluidi refrigeranti che, oltre a essere rumorosi, possono anche avere un impatto ambientale non trascurabile. Le tecnologie solid-state, quelle senza parti in movimento, sono sempre state un “sogno”: niente rumore, meno manutenzione, più sostenibilità. Solo che i materiali usati finora non erano all’altezza. Ecco perché, come riportato dalla ricerca in questione, l’arrivo dei CHESS cambia tutto: secondo i test, questi nuovi materiali sono quasi due volte più efficienti dei termoelettrici tradizionali a temperatura ambiente. 

In uno studio pubblicato su Nature Communications, i ricercatori hanno messo alla prova questi materiali in moduli refrigeranti veri e propri, confrontandoli con quelli costruiti con materiali convenzionali. Il risultato? Un miglioramento dell’efficienza termica vicino al 100%. Una cifra che, detta così, può sembrare astratta, ma che nella pratica significa frigoriferi e dispositivi più performanti, più silenziosi e con bollette energetiche più leggere. 

Il segreto sta tutto nella struttura dei materiali, ingegnerizzati a livello nanometrico per trasportare il calore in modo più controllato e preciso. Si parla di pellicole sottilissime che però possono essere prodotte su scala industriale. 

Alcuni dettagli interessanti

Il vero cuore dell’innovazione, però, è la capacità dei CHESS di trasformare il panorama della refrigerazione: con solo 0,003 centimetri cubi di materiale per modulo (più o meno quanto un granello di sabbia), riescono a fare il lavoro di sistemi ben più ingombranti. In più, possono funzionare senza compressori, gas refrigeranti o meccanismi complicati. Questo significa meno sprechi, meno manutenzione e possibilità di installarli anche in dispositivi portatili o spazi molto piccoli. E non è finita: questi materiali potrebbero anche alimentare tecnologie indossabili sfruttando il calore corporeo. Insomma, non solo freddo, ma anche energia in entrata.

Il potenziale industriale è altissimo. I materiali CHESS sono stati realizzati usando la tecnica MOCVD (Deposizione Chimica da Vapori Organometallici), un metodo già noto nel mondo del fotovoltaico per l’alta efficienza e la scalabilità. Questo permette di produrre su larga scala senza costi proibitivi, rendendo il passaggio dal laboratorio alla fabbrica molto più fluido del solito. 

Altre applicazioni future

Ma non finisce qui. Le possibilità di utilizzo dei CHESS vanno ben oltre la refrigerazione. Grazie alla loro capacità di convertire il calore in energia elettrica, possono diventare protagonisti nel campo dell’energia “ambientale”, alimentando piccoli dispositivi elettronici o sensori semplicemente sfruttando il calore circostante.

E se si guarda ancora un po’ più avanti, si apre la porta all’integrazione con sistemi intelligenti, dove algoritmi di intelligenza artificiale ottimizzano in tempo reale il consumo e la distribuzione del freddo, adattandosi alle esigenze specifiche di ogni ambiente. Insomma, quest’applicazione può essere davvero versatile.