Gel che accumulano calore: test promettenti, ma su piccola scala

Un cubetto di ghiaccio nella bibita la mantiene fredda: mentre si scioglie, assorbe calore senza riscaldarsi. I ricercatori della Texas A&M University vogliono che gli edifici facciano lo stesso, grazie a una famiglia di gel che potrebbero essere integrati in tetti, pareti e finestre. Li chiamano salogel: gel polimerici caricati con sali idratati, cioè sali che trattengono acqua intrappolata nei loro cristalli.

Questi materiali appartengono alla famiglia dei materiali a cambiamento di fase, che passano dallo stato solido a quello liquido e, in questo processo, assorbono o rilasciano calore. La paraffina, una cera a lungo usata come riferimento per l'accumulo di calore, ne è un esempio. Il team preferisce i sali, che possono accumulare più del doppio del calore per unità di volume rispetto alla paraffina, resistono alla combustione e possono costare relativamente poco. L'esaidrato di cloruro di calcio, per esempio, è un sottoprodotto della produzione di carbonato di sodio.

Il problema è ciò che ha tenuto i sali fuori dall'edilizia. Quando si sciolgono, diventano liquidi, fuoriescono e a volte si separano in strati. Gli ingegneri hanno cercato di contenerli in supporti porosi o capsule sigillate, ma queste soluzioni di solito limitano il sale a meno del 70% del materiale, e le capsule complicano la produzione. I salogel seguono un'altra strada: un po' di polimero tiene il sale al suo posto. Le versioni con legami reversibili, che possono rompersi e riformarsi, conservano dall'80% al 95% della capacità di accumulo termico del sale puro.

I test restano limitati. In una casa modello, un gel a base di triidrato di acetato di sodio riempiva tre tubi sotto il pavimento, e il rilascio di calore poteva essere attivato in uno, due o tutti e tre. In una casa stampata in 3D, un rivestimento di salogel sulle pareti ha mantenuto l'interno sensibilmente più fresco durante la fusione e molto più caldo durante la cristallizzazione rispetto a una casa identica senza di esso. Nelle finestre, il gel si scioglie di giorno e diventa trasparente, poi cristallizza di notte, cede calore e diventa opaco.

I gel più rigidi immagazzinano meno energia, mentre gli accumuli di calore migliori sono quelli più morbidi. Alcuni sali restano anche liquidi quando la temperatura scende abbastanza da solidificarli, quindi il rilascio deve essere affidabile su comando, e non è ben chiaro come la rete polimerica riesca a ottenerlo. La protezione dall'umidità, la produzione su larga scala, la durata nel tempo con molti cicli di riscaldamento e raffreddamento, e quanta energia un edificio reale risparmierebbe sono ancora aperti.

Proprietari e costruttori ne trarrebbero vantaggio se questi gel reggessero, grazie a pareti e tetti che attenuano le oscillazioni tra giorno e notte, e grazie a condizionatori e scaldabagni in cui il gel potrebbe essere caricato come secondo percorso. Le fonti non indicano né una data né una cifra di risparmio. I prossimi passi sono la simulazione e l'intelligenza artificiale per prevedere quale polimero si dissolve in quale sale, miscele di sali con punti di fusione regolabili, e la stampa 3D o le fibre di gel, con l'obiettivo di un materiale resistente e riciclabile che duri per anni all'interno degli edifici.