Condizionamento con acqua ed energia solare, un dispositivo ideato al Politecnico di Torino

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Un dispositivo che usa solo acqua ed energia solare per raffreddare un fluido che passa al suo interno. Ecco come funziona il prototipo che potrebbe far risparmiare molto i consumi elettrici del condizionamento.

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Ci sono dei buontemponi del negazionismo dell’emergenza climatica che fanno notare come con l’aumento delle temperature globali future, si risparmierà energia per il riscaldamento invernale e quindi, tutto sommato, il fenomeno sarà positivo.

“Peccato che mentre si risparmierà sul riscaldamento, aumenteranno sempre di più i consumi energetici per il condizionamento estivo, che sono già una voce in pieno boom del settore: secondo

un rapporto del maggio 2018 (con dati 2016) dell’International Energy Agency, nel mondo sono stati installati 1,6 miliardi di condizionatori che consumano il 10% dell’energia elettrica globale” ricorda il giornalista Andrea Cianciullo nel suo libro “Un pianeta ad aria condizionata”

“La IEA prevede che nei prossimi 30 anni si arriverà a quota 5,6 miliardi di condizionatori, il che vuol dire installare 10 nuovi apparecchi ogni secondo fino al 2050, quando ce ne sarà più di uno ogni due persone”.

E l’Italia è già sulla buona strada verso quel traguardo, essendo passata dal 9% delle famiglie con una casa dotata di condizionatore nel 1990, al 30% circa attuale.

La cosa non sorprende visto che il progressivo aumento delle temperature rende l’aria in una fascia sempre più vasta del pianeta insopportabilmente calda e umida di giorno e, soprattutto, di notte: in Italia, per esempio dal 1950 le temperature notturne sono cresciute di 0,2 °C al decennio, il doppio delle diurne.

C’è poi un altro fattore che non permette di equiparare i risparmi in riscaldamento all’aumento dei consumi per il condizionamento dell’aria: mentre il primo può essere alimentato con vari combustibili, fossili o meno, e anche con l’elettricità, il secondo non può che utilizzare pregiata elettricità.

È possibile allora evitare che il boom del raffrescamento estivo si mangi ogni progresso fatto nella generazione con le fonti rinnovabili, costringendo a mantenere attive per alimentarlo, centrali a fossili che altrimenti potrebbero essere chiuse?

Un’innovazione dal Politecnico di Torino

Una strada possibile, oltre a rendere più efficienti e isolate le nostre abitazioni, la indica adesso una ricerca pubblicata su Science Advances dagli ingegneri del Politecnico di Torino, Matteo Alberghini e Matteo Morciano, che sono riusciti a costruire un dispositivo che usa semplice acqua ed energia solare per raffreddare un fluido che passa al suo interno.

Detta così sembra semplice: qualunque cosa bagnata ed esposta al sole, compreso il nostro corpo con il sudore, si raffredda per l’evaporazione dell’acqua. Ma i due ricercatori hanno messo insieme qualcosa di ben più raffinato.

«Ci limitassimo a raffreddare bagnando e lasciando asciugare, oltre a sprecare un’enorme quantità d’acqua, avremmo un sistema poco efficiente e che funziona male in caso di caldo umido, come sa chiunque abbia provato a fare una corsa con l’afa estiva», ci dice Alberghini.

«È vero che anche il nostro dispositivo sfrutta l’evaporazione, ma il vapore non passa fra acqua e aria, bensì fra due soluzioni acquose a diversa concentrazione di sale».

Come funziona il dispositivo?

In pratica il cuore dell’impianto ideato dai due ingegneri torinesi consiste in due contenitori contenenti uno acqua dolce, e l’altro acqua fortemente salata. A separare i due spazi è una membrana idrofobica, che respinge l’acqua liquida, ma fa passare le molecole di vapore attraverso pori di un millesimo di millimetro.

Nel contenitore di acqua dolce viene fatto circolare un fluido tiepido, che potrebbe essere quello dell’impianto di condizionamento, che cede il suo calore all’acqua, provocando la sua evaporazione. Il vapore passa la membrana e condensa nell’acqua salata.

«In realtà una certa evaporazione avviene anche nell’acqua salata, ma in questa, vista la presenza degli ioni del sale disciolto, si ha una formazione molto minore di vapore: il bilancio finale è che l’acqua dolce passa come vapore in quella salata, diluendola sempre più, e trasportando calore in essa. Il tutto senza consumare energia, fino a che c’è differenza di salinità fra i due liquidi», spiega il ricercatore.

Il problema è, appunto, che pian piano questo dislivello di salinità cala e con esso diminuisce l’efficienza di raffreddamento del sistema.

«E qui entra in gioco la seconda parte del sistema: il dissalatore solare», dice Alberghini.

Si tratta di un dispositivo (ne avevamo parlato anche su QualEnergia.it), testato dagli stessi due ingegneri nel 2019, che permette la dissalazione dell’acqua di mare usando solo energia solare e usando lo stesso tipo di membrane idrofobiche che fanno passare solo il vapore, impiegate nel nuovo dispositivo.

«Il dissalatore solare è pensato per fornire acqua dolce in zone che ne sono prive e non hanno fonti di energia artificiale. In questa nuova applicazione utilizziamo la stessa tecnologia per estrarre l’acqua dolce dalla soluzione salina che si sta diluendo, rimandandola nel contenitore iniziale, così da mantenere la differenza di concentrazione, e quindi il raffreddamento, sempre costante».

In pratica il condizionatore solare ideato a Torino avrebbe una parte di raffreddamento, da tenere all’ombra, e una parte di recupero dell’acqua dolce, da tenere al sole. Oltre alla luce solare, il sistema avrebbe bisogno quindi solo di piccole pompe da pochi watt per il ricircolo dei fluidi, una inezia rispetto ai molti kW necessari agli attuali condizionatori domestici.

Ma di quanto si potrebbe raffreddare un fluido con questo ingegnoso sistema?

«Al momento abbiamo solo un piccolo prototipo da laboratorio, composto da quattro strati raffreddanti, che abbassano la temperatura iniziale di 4 °C e vanno avanti per venti minuti, prima di aver bisogno di un ripristino delle concentrazioni iniziali dei sali. Ma, appunto, questo è solo l’inizio: abbiamo calcolato che impilando 10 strati raffreddanti e passando dal sale marino che usiamo oggi, a sali più efficienti, come il cloruro di calcio, potremmo arrivare ad almeno 7 °C di salto termico. A questo punto installando più unità in serie, potremmo avvicinarci molto ai 15-20 °C di raffreddamento necessari ai condizionatori domestici, ma avendo un dispositivo che usa solo energia solare e un po’ di elettricità, facilmente producibile con un piccolo pannello fotovoltaico», ci spiegano dal Politecnico.

E anche se questo salto termico non si rivelasse possibile in pratica, i due ricercatori ritengono che comunque il loro dispositivo, estremamente economico, potrebbe servire per un preraffreddamento dei fluidi dei condizionatori convenzionali, visto che anche una diminuzione della loro temperatura di soli 5 °C, farebbe risparmiare circa il 20% dei consumi elettrici.

«Ma tutto questo dipenderà dalla seconda fase della sperimentazione: adesso abbiamo dimostrato il principio teorico, per vedere le possibilità pratiche del sistema, e costruire un prototipo preindustriale; ci serve l’assistenza di una azienda che costruisca condizionatori, che investa in questa idea e collabori con noi per metterla in pratica. Abbiamo già dei contatti promettenti, e se tutto va bene fra un paio di anni potremmo essere pronti alla commercializzazione», conclude Alberghini.

Speriamo che riescano a passare dai laboratori ai tetti delle case, perché raffreddare le nostre abitazioni facendole “sudare”, sia pure all’interno di in un raffinato sistema hi-tech, sarebbe veramente il massimo della sostenibilità.

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