Colore

I ricercatori dell'Università di Chicago hanno inventato un materiale di rivestimento che cambia colore per facilitare il riscaldamento o il raffreddamento e potrebbe essere adattato per migliorare l'efficienza energetica degli edifici.

Il materiale composito è costituito da diversi strati tra cui un foglio di rame, plastica e grafene e, in base alla temperatura esterna, può cambiare il suo colore a infrarossi, il colore che appare sotto l'imaging termico.

Allo stesso tempo, cambia anche la quantità di calore infrarosso che assorbe o emette dall’edificio. Nelle giornate calde, il materiale appare giallo sotto l'imaging termico, indicando che sta emettendo più calore, mentre nelle giornate fredde appare viola perché trattiene quel calore.

Se utilizzato su una facciata, ad esempio sotto forma di tegole, il materiale potrebbe potenzialmente ridurre la necessità di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria (HVAC) e ridurre il consumo energetico complessivo di un edificio.

"Abbiamo essenzialmente trovato un modo a basso consumo energetico per trattare un edificio come una persona; aggiungi uno strato quando fa freddo e togli uno strato quando fa caldo", ha detto l'ingegnere dei materiali Po-Chun Hsu dell'Università di Washington. Pritzker School of Molecular Engineering, che ha guidato la ricerca.

"Questo tipo di materiale intelligente ci consente di mantenere la temperatura in un edificio senza enormi quantità di energia."

Il rivestimento risponde alla temperatura come un camaleonte

L'Università di Chicago descrive il materiale come "camaleontico" perché può cambiare colore in risposta alla temperatura esterna.

Ad una determinata temperatura di innesco, il materiale utilizza una piccola quantità di elettricità per depositare il rame su una pellicola sottile o per rimuoverlo.

Questa reazione chimica trasforma efficacemente lo strato centrale del materiale, una soluzione elettrolitica a base d'acqua, in rame solido. Il rame a bassa emissione aiuta a trattenere il calore e a riscaldare l’interno di un edificio, mentre lo strato acquoso ad alta emissione mantiene fresco l’edificio.

Lo strato di elettroliti a base d'acqua aiuta anche a rendere il materiale non infiammabile, e i ricercatori descrivono il processo di passaggio dal metallo al liquido e viceversa come "stabile, non volatile, efficiente e meccanicamente flessibile".

"Una volta che si passa da uno stato all'altro, non è necessario applicare ulteriore energia per rimanere in nessuno dei due", ha detto Hsu. "Quindi, per gli edifici in cui non è necessario passare da uno stato all'altro molto frequentemente, si utilizza una quantità di elettricità davvero trascurabile."

Il materiale potrebbe ridurre il consumo energetico dell'8%.

Nell’ambito del loro studio, pubblicato sulla rivista Nature Sustainability, i ricercatori hanno anche creato modelli per testare il risparmio energetico che si potrebbe ottenere applicando il loro materiale agli edifici in 15 città degli Stati Uniti, che rappresentano 15 zone climatiche.

Nelle aree soggette a forti variazioni meteorologiche, hanno scoperto che il materiale potrebbe far risparmiare in media l’8,4% del consumo energetico annuale HVAC di un edificio. Allo stesso tempo, per il suo funzionamento il materiale necessitava solo dello 0,2% dell'energia elettrica totale dell'edificio.

Allo stato attuale, la costruzione e le operazioni di costruzione rappresentano quasi il 37% delle emissioni globali di carbonio, la maggior parte delle quali è attribuita alle operazioni di costruzione, tra cui illuminazione, riscaldamento e raffreddamento.

Per ridurre queste emissioni, il materiale potrebbe essere utilizzato per ristrutturare edifici storici o scarsamente isolati e migliorarne l’efficienza energetica, poiché i ricercatori suggeriscono che sarebbe più conveniente installarlo piuttosto che isolarlo.

Tuttavia, molti dei suoi componenti – tra cui il grafene monostrato e la microgriglia d’oro utilizzata come strati conduttivi trasparenti – sono attualmente ancora costosi e complicati da produrre.

Finora i ricercatori hanno creato porzioni di materiale larghe solo sei centimetri, ma immaginano di assemblarle come scandole per formare fogli più grandi.

Con lo strato acquoso attivo, il materiale è di colore bianco scuro, che diventa marrone ramato quando lo strato di rame è attivo.

Ma il materiale potrebbe anche essere modificato per mostrare colori diversi aggiungendo uno strato di pigmenti dietro lo strato acquoso trasparente.