Un team di ricercatori dell’Università del Colorado Boulder, Stati Uniti, ha sviluppato un innovativo isolante sottile, il materiale MOCHI, progettato per incrementare drasticamente l’efficienza energetica delle finestre bloccando efficacemente il calore.
Innovazione nell’efficienza energetica delle finestre: il materiale MOCHI
Questo nuovo materiale, denominato Mesoporous Optically Clear Heat Insulator (MOCHI), è una risposta al significativo problema dello spreco energetico nel settore edile. Si stima che, solo negli Stati Uniti, gli edifici commerciali siano responsabili del consumo di oltre il 40% dell’energia totale prodotta. MOCHI mira a mitigare questo grave impatto globale.
Il materiale isolante è descritto dai ricercatori come una “versione high-tech del pluriball”. Nonostante la sua efficacia, è quasi completamente trasparente e durevole. È essenzialmente un gel di silicone composto per oltre il 90% da aria. Il suo segreto risiede nella sua struttura: l’aria è intrappolata in una fitta rete di pori incredibilmente piccoli, la cui dimensione è molte volte inferiore a quella di un capello umano. Queste minuscole “bolle d’aria” in un foglio spesso appena cinque millimetri consentono al materiale di bloccare il calore in modo così efficace da fornire un isolamento sufficiente a sostenere in sicurezza una fiamma.
Questo isolante è disponibile in grandi lastre o fogli sottili, permettendone una facile applicazione all’interno di qualsiasi finestra esistente. Come ha affermato Ivan Smalyukh, autore senior e professore di fisica alla CU Boulder, l’obiettivo è consentire alle persone di “godere di temperature confortevoli all’interno indipendentemente dalle temperature esterne, senza dover sprecare energia”.
Migliorare l’aerogel per la trasparenza
L’invenzione del MOCHI non è solo un nuovo isolante, ma rappresenta un significativo miglioramento rispetto agli aerogel, materiali isolanti precedentemente esistenti. Gli aerogel sono spesso soprannominati “fumo congelato” a causa della loro tendenza ad apparire torbidi, una conseguenza della distribuzione casuale delle loro sacche d’aria interne.
Superare i Limiti degli Aerogel Tradizionali
Gli aerogel tradizionali sono rinomati per le loro proprietà isolanti; ad esempio, la NASA li impiega per mantenere caldi i rover sul pianeta Marte. Tuttavia, la loro intrinseca opacità li rende inadatti per l’uso in contesti residenziali, dove la trasparenza è fondamentale. Il team del professor Smalyukh ha concentrato i propri sforzi di progettazione sul processo di fabbricazione per superare questo ostacolo e garantire la trasparenza ottica del MOCHI.
La sua creazione segue un processo attentamente controllato che inizia in una soluzione liquida.Il processo prende il via con la miscelazione di tensioattivi (speciali molecole simili ai detergenti) nella soluzione. Queste molecole si aggregano spontaneamente, formando sottili filamenti, un meccanismo paragonabile alla separazione che avviene tra olio e aceto. Successivamente, le molecole di silicone presenti nella soluzione aderiscono alla superficie esterna di questi fili di tensioattivo, dando forma alla struttura iniziale del materiale.
Attraverso una serie di passaggi successivi, le molecole di tensioattivo vengono rimosse e sostituite con aria. Ciò che rimane è una struttura di silicone che forma un labirinto di minuscoli canali pieni d’aria. Il MOCHI sfrutta questa nanostruttura per interrompere il normale trasferimento di calore.
Il normale trasferimento di calore (conduzione) è simile a una partita di biliardo, dove le molecole energetiche si scontrano continuamente, trasferendo calore. Nelle sacche d’aria incredibilmente piccole all’interno del MOCHI, tuttavia, le molecole di gas non hanno spazio sufficiente per scontrarsi tra loro. Invece, rimbalzano contro le pareti dei pori.
Questo meccanismo innovativo blocca di fatto il flusso di calore attraverso il materiale. Il risultato finale è uno strato isolante che è eccezionalmente chiaro, riflettendo solo lo 0,2% della luce incidente e assicurando così una visione limpida attraverso la finestra.
Commercializzazione e applicazioni avanzate
Attualmente, il MOCHI è ancora in fase sperimentale, prodotto in sottili fogli all’interno di un laboratorio e non è ancora disponibile per i consumatori. Ciononostante, il potenziale di questa tecnologia si estende ben oltre il semplice rivestimento isolante per finestre.
Gli ingegneri stanno già esplorando applicazioni che sfruttano la sua straordinaria capacità di bloccare e intrappolare il calore.I ricercatori prevedono di progettare dispositivi capaci di utilizzare il MOCHI per catturare e trattenere il calore solare.
L’obiettivo è convertire la luce del sole in energia economica e sostenibile da impiegare per riscaldare l’acqua e gli interni degli edifici. Questa efficacia è prevista anche in condizioni di cielo coperto. Smalyukh ha sottolineato che “Anche quando il cielo è un po’ nuvoloso, è possibile sfruttare molta energia e utilizzarla per riscaldare l’acqua e gli interni dell’edificio”.
Sebbene il suo processo di produzione sia attualmente molto lungo, il team è ottimista riguardo alla sua scalabilità. I materiali utilizzati nella fabbricazione del MOCHI sono relativamente economici. Il team ritiene che, grazie a questa economicità delle materie prime, il metodo di produzione possa essere reso più efficiente nel prossimo futuro.
In definitiva, il MOCHI affronta in modo efficace il problema critico dello scarso scambio termico che avviene attraverso le superfici trasparenti, sia che si tratti di una casa che disperde calore durante l’inverno, sia di un grattacielo che si surriscalda in estate. Questa invenzione potrebbe aprire la strada a una nuova generazione di finestre a risparmio energetico.
Lo studio è stato pubblicato su Science.
