Dai laboratori dell’Università del Maryland, negli Stati Uniti, arriva il “legno refrigerante”: un nuovo materiale più resistente dell’acciaio e in grado di isolare termicamente pareti e soffitti. Il “super legno”, come spiegano i ricercatori nel loro studio appena pubblicato su Science (link in basso), abbatte i consumi energetici degli edifici e promette di rivoluzionare il settore del raffreddamento passivo.
Il materiale strutturale sviluppato dai ricercatori statunitensi migliora dunque l’efficienza energetica degli edifici e, in particolare, riduce la quantità di energia spesa per il raffrescamento degli stessi perché riflette efficacemente la radiazione proveniente dal Sole.
“Le nanofibre di cellulosa del nostro materiale riflettono la radiazione solare ed emettono fortemente nelle lunghezze d’onda del medio infrarosso, con conseguente effetto di raffreddamento locale durante il giorno e la notte”, spiegano i ricercatori. L’utilizzo del legno refrigerante risulta essere quindi molto indicato nelle parti dell’edificio, come tetti o sottotetti, maggiormente esposte all’azione del Sole.
Il nuovo legno è stato ottenuto attraverso un processo di delignificazione e di successiva pressatura. Attraverso l’eliminazione totale della lignina, il polimero che dona al legno il tipico colore scuro e che conferisce resistenza, si ottiene un pannello bianco di nanofibre di cellulosa.
Tale pannello viene poi pressato per ottenere un materiale compatto, cinque volte più sottile del legno di partenza e quasi del tutto esente da imperfezioni macroscopiche. Cavità e nodi del legno infatti spariscono sotto l’effetto delle elevate pressioni. Il legno trattato acquisisce anche una certa omogeneità microscopica: le fibre di cellulosa, che formano gran parte della massa legnosa, si legano tra loro dando vita a un materiale molto resistente.
Proprio questa particolare struttura di nanofibre di cellulosa allineate e compatte del super legno è responsabile delle sue ottime proprietà isolanti termiche. Come spiegano i ricercatori, la riflettanza del legno refrigerante, cioè la capacità del materiale di riflettere la radiazione solare visibile e non visibile, è in media del 96% con un angolo di incidenza della radiazione di 8 gradi, di conseguenza il materiale assume un colore bianco candido (vedi immagini sotto).
Foto di una tavola di (A) legno naturale e (B) refrigerante. (C) Immagine al microscopio a scansione elettronica del “super legno”. (D) Immagine al microscopio di nanofibre di cellulosa parzialmente allineate nel nuovo materiale. (E) Schema che mostra la struttura del legno che diffonde l’irradiamento solare. (F) Schema dell’emissione infrarossa mediante vibrazione molecolare dei gruppi funzionali della cellulosa. (G) La misurazione in tempo reale delle prestazioni di raffreddamento.
Oltre a riflettere efficacemente la radiazione solare il legno refrigerante è in grado di emettere altrettanto bene il calore assorbito. Il valore di emittanza è prossimo all’unità nel range della radiazione infrarossa da 5 a 25 μm, dove il valore massimo registrabile è 1. Ciò vuol dire che il materiale si raffredda facilmente, cedendo calore all’ambiente circostante in quantità superiore all’irradiamento solare assorbito.
Il materiale progettato dai ricercatori statunitensi, coordinati da Tian Li, è stato testato in Arizona, sia di giorno che di notte. “La potenza di raffreddamento radiativo del legno refrigerante – spiegano i ricercatori – è risultata pari a 63 Watt al m² durante la notte e a 16 W/m² durante il giorno, dalle 11:00 alle 14:00. Il valore medio di tale indice è quindi pari a 53 W/m² nelle 24 ore”. Il super legno, per effetto di questo processo di raffreddamento passivo, è risultato in media quasi 4,5°C più freddo rispetto alla temperatura dell’ambiente circostante durante le ore di maggior esposizione solare e 9 °C più freddo durante la notte.
Ma i vantaggi offerti dal legno refrigerante non finiscono qui. Il nuovo materiale, infatti, oltre a raffreddarsi passivamente mostra anche una forte resistenza meccanica, determinata dalla maggiore area di interazione tra i gruppi idrossile delle nanofibre di cellulosa allineate, dopo la rimozione della lignina.
“Il legno refrigerante – proseguono gli esperti – ha una resistenza alla trazione 8,7 volte superiore rispetto a quella del legno naturale e una durezza 10,1 volte superiore. La resistenza del nostro materiale, fino a 334,2 MPa cm3 / g, supera quella della maggior parte dei materiali strutturali, inclusi l’acciaio, le leghe di alluminio e di titanio”. L’elevata resistenza abbinata alla capacità di raffreddamento fa del legno refrigerante un materiale strutturale di qualità superiore al legno naturale, utilizzabile per tetti e rivestimenti senza altri supporti meccanici e in grado di abbattere i consumi energetici.
Stimata dai ricercatori anche la percentuale di risparmio energetico associata all’utilizzo del super legno in edifici di sedici città degli Stati Uniti, sottoposte a differenti condizioni climatiche. Il risparmio energetico derivante dall’installazione del legno refrigerante sulla superficie esterna di questi edifici oscillerebbe tra il 20 e il 50%.
A godere del massimo risparmio energetico sarebbero gli edifici di Austin, Honolulu, Las Vegas, Atlanta e Phoenix, segno che il legno refrigerante risulta particolarmente indicato nelle zone caratterizzate da clima caldo e secco. “Il legno refrigerante – concludono gli esperti – è un materiale promettente per le sue applicazioni nel campo dell’edilizia sostenibile, perché consente una riduzione sostanziale delle emissioni di carbonio e del consumo energetico”.
