Raffreddamento passivo. Un metamateriale innovativo di ENEA

Hai mai sentito parlare di raffreddamento passivo? E se per rinfrescare una casa, o per tenere al fresco gli alimenti, non servisse più accendere nulla? Niente condizionatore, niente ventola, niente bolletta che lievita nei mesi più caldi. Sembra una provocazione, e invece è la direzione di una ricerca tutta italiana: un metamateriale sviluppato nei laboratori dell’ENEA capace di mantenere una superficie fino a 12°C più fredda dell’aria circostante, senza consumare un solo watt di elettricità.

È una di quelle idee che sembrano fantascienza ma poggiano su un principio fisico naturale, antico quanto il cielo notturno. Vediamo di cosa si tratta, come funziona e perché — pur essendo ancora allo stadio di ricerca — potrebbe contare parecchio nel nostro futuro fatto di estati sempre più roventi.

Il principio del raffreddamento passivo: mandare il calore nello spazio

L’idea di fondo è tanto elegante quanto sorprendente: liberarsi del calore spedendolo direttamente verso l’universo.

Si chiama raffreddamento passivo radiativo ed è lo stesso meccanismo con cui la Terra si raffredda di notte. Ogni oggetto caldo emette radiazione infrarossa. Normalmente questo calore resta intrappolato nell’atmosfera, ma esiste una precisa “finestra” — tra circa 8 e 13 micrometri di lunghezza d’onda — in cui l’atmosfera diventa quasi trasparente e lascia passare la radiazione fino allo spazio aperto, che è freddissimo. In pratica, un oggetto progettato per emettere calore proprio su quelle lunghezze d’onda riesce a “scaricarlo” verso il cosmo, raffreddandosi sotto la temperatura dell’aria che lo circonda.

Il fenomeno è noto da decenni — già studiato cinquant’anni fa da ricercatori come Silvestrini e Nicolais — ma solo i recenti progressi della fotonica hanno permesso di sfruttarlo anche di giorno, sotto il sole diretto. Ed è qui che entra in gioco il lavoro dell’ENEA.

Cosa ha fatto l’ENEA

L’Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile ha messo a punto un metamateriale — cioè un materiale ingegnerizzato per avere proprietà ottiche che in natura non esistono — capace di fare due cose insieme: riflettere la radiazione solare (così non si scalda al sole) ed emettere il proprio calore esattamente nella finestra infrarossa che “buca” l’atmosfera.

Il risultato, secondo la ricerca pubblicata sulla rivista scientifica Energies e presentata dall’ENEA come la prima in Europa sul raffreddamento passivo diurno con approccio fotonico, è una superficie che resta fino a 12°C più fredda dell’ambiente, anche in pieno giorno. Il materiale viene realizzato con una tecnica chiamata sputtering, una deposizione su sottili strati, e nei test è stato racchiuso in una camera isolata con gas nobile per ridurre al minimo lo scambio di calore con l’aria.

La ricerca è firmata dalla ricercatrice Anna Castaldo insieme al team del Dipartimento Tecnologie energetiche e fonti rinnovabili dell’ENEA.

A cosa potrebbe servire

Le applicazioni immaginate sono diverse e toccano la vita di tutti i giorni.

Raffrescare gli edifici. Una pellicola di questo tipo applicata su tetti e facciate potrebbe abbassare la temperatura interna degli edifici senza ricorrere ai condizionatori, con un taglio dei consumi elettrici e delle emissioni legate alla climatizzazione.

Conservare gli alimenti. Mantenere il cibo fresco senza energia elettrica avrebbe un impatto enorme, soprattutto nei luoghi dove la catena del freddo è difficile o costosa da garantire.

Tessuti e superfici. Lo stesso principio è allo studio per tessuti “rinfrescanti” e per rivestire grandi superfici, dato che il materiale è pensato per essere adattato a substrati adesivi.

Il vantaggio comune a tutti questi usi è duplice: nessun consumo elettrico e — a differenza del condizionatore, che il calore lo sposta semplicemente fuori dalla finestra — nessun calore di scarto rilasciato nell’ambiente. Un dettaglio non da poco nelle città, dove i climatizzatori contribuiscono a creare quelle “isole di calore” che rendono le estati urbane ancora più soffocanti.

Un’innovazione promettente, ma ancora in laboratorio

Serve però onestà, perché è qui che si misura il valore di una buona notizia. Quella dell’ENEA è una ricerca scientifica, non un prodotto già sugli scaffali. I risultati riguardano test su prototipi in condizioni controllate, e la strada per arrivare a pellicole economiche, durevoli e applicabili su larga scala è ancora lunga: occorrono sviluppi sui materiali, sui costi e sull’industrializzazione.

Ma la direzione è quella giusta. In un’epoca in cui quasi ogni nostra attività — dalla produzione di energia allo scambio di dati — genera calore in eccesso, e in cui le estati spingono i consumi di climatizzazione a livelli record, immaginare di raffreddare sfruttando un processo naturale e gratuito non è un esercizio di stile: è una necessità. E vederla nascere in un laboratorio italiano è un motivo in più per seguirne gli sviluppi.

Quando il fresco arriva dal cielo

C’è qualcosa di poetico in questa idea: combattere il caldo non spendendo energia, ma restituendo il calore all’universo da cui, in fondo, tutto proviene. È il “saper vivere” portato sul terreno della grande ricerca: usare l’intelligenza per fare di più con meno, lavorando con i processi naturali invece che contro di essi. Un’invenzione da tenere d’occhio, perché le estati che verranno ce lo chiederanno con sempre più insistenza.

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Questo articolo ha finalità informative e divulgative. Le informazioni si riferiscono a una ricerca scientifica ENEA pubblicata sulla rivista Energies e ai dati resi disponibili dall’Agenzia; trattandosi di una tecnologia in fase di studio, tempi e modalità di un’eventuale applicazione commerciale non sono ancora definiti.

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Domande frequenti (FAQ)

Cos’è il raffreddamento passivo?
È un processo naturale, il raffreddamento passivo, con cui un oggetto disperde il proprio calore sotto forma di radiazione infrarossa verso lo spazio, sfruttando una “finestra” dell’atmosfera (tra circa 8 e 13 micrometri) in cui essa diventa trasparente. È lo stesso meccanismo con cui la superficie terrestre si raffredda di notte e, a differenza dei condizionatori, non richiede energia elettrica.

Come funziona il metamateriale dell’ENEA?
È un materiale ingegnerizzato per riflettere la radiazione solare ed emettere calore proprio nella finestra infrarossa che attraversa l’atmosfera. In questo modo resta più freddo dell’aria circostante anche sotto il sole. Nei test ENEA sul raffreddamento passivo ha mantenuto superfici fino a 12°C al di sotto della temperatura ambiente, senza alcun consumo elettrico.

Si può già comprare per rinfrescare casa?
No. Si tratta di una ricerca scientifica a livello di prototipo, pubblicata sulla rivista Energies. Le possibili applicazioni — edifici, conservazione degli alimenti, tessuti — sono promettenti, ma servono ancora sviluppi su costi, durata e produzione su larga scala prima di un’eventuale commercializzazione.

In cosa è diverso da un condizionatore?
Il condizionatore è un sistema attivo: consuma elettricità e sposta il calore da dentro a fuori, rilasciandolo nell’ambiente e contribuendo al surriscaldamento urbano. Il raffreddamento radiativo è passivo: non consuma energia e disperde il calore verso lo spazio, senza riscaldare l’aria circostante.

Perché questa ricerca è importante per il clima?
Perché la climatizzazione è una voce in forte crescita nei consumi elettrici e nelle emissioni, soprattutto con estati sempre più calde. Una tecnologia capace di raffreddare senza energia e senza calore di scarto potrebbe ridurre i consumi e attenuare l’effetto “isola di calore” delle città.