Raffreddamento passivo per gli edifici

Un nuovo rivestimento biodegradabile raffresca passivamente gli edifici e riduce i consumi

Immagina di rivestire un edificio con uno strato di materiale sottile come una pellicola plastica, e di osservare la sua temperatura interna scendere di quasi dieci gradi, anche nel mezzo della giornata, sotto la luce diretta del sole. Il tutto senza elettricità, senza soluzioni refrigeranti e senza impiego di macchinari, ma in modo passivo: è esattamente ciò che un nuovo meta-film bioplastico sviluppato da ricercatori dell’Università di Zhengzhou e dell’Università del South Australia (UniSA) è progettato per fare. La ricerca è stata pubblicata su “Cell Reports Physical Science” e descrive un film strutturale realizzato in acido polilattico (PLA) – una plastica biodegradabile derivata da fonti vegetali come mais e canna da zucchero – che, attraverso una tecnica di separazione di fase a bassa temperatura, sviluppa una microstruttura porosa e bi-continua capace di conferirgli due proprietà eccezionali: riflettere il 98,7% delle radiazioni solari in ingresso ed emettere calore direttamente nello spazio cosmico attraverso la cosiddetta “finestra atmosferica” – la banda di lunghezze d’onda infrarosse che attraversa l’atmosfera terrestre senza essere assorbita. Il risultato è il raffreddamento radiativo passivo: la superficie dell’edificio diventa più fredda dell’aria circostante, anche a mezzogiorno in una giornata limpida.

I numeri della scoperta

I dati di prestazione pubblicati nello studio sono notevoli. Nei test sul campo condotti sia in Cina che in Australia, il meta-film ha prodotto una riduzione media della temperatura di 4,9°C durante il giorno e di 5,1°C durante la notte. Sotto l’intensità solare di picco (circa 945 W/m²), ha raggiunto un raffreddamento massimo sub-ambiente di 9,2°C, con una potenza di raffreddamento media di 136 W per metro quadrato: paragonabile a un piccolo riscaldatore elettrico che lavora al contrario. Le simulazioni computazionali hanno mostrato che applicare il film agli edifici di città come Lhasa, in Cina, potrebbe ridurre i consumi energetici annuali fino al 20,3%, principalmente diminuendo la dipendenza dall’aria condizionata. Questa cifra ha un peso enorme: secondo l’Agenzia Internazionale dell’Energia (IEA), i climatizzatori e i ventilatori elettrici rappresentano già circa il 20% dell’elettricità totale consumata negli edifici di tutto il mondo – pari al 10% di tutti i consumi elettrici globali. La domanda è in costante crescita: l’IEA prevede che il parco globale di condizionatori raggiungerà 5,6 miliardi di unità entro il 2050, rispetto agli attuali 1,8 miliardi, triplicando la domanda energetica per il raffreddamento. Uno studio pubblicato su “Nature Communications” nel 2024 stima che il solo consumo elettrico residenziale per il raffreddamento potrebbe quasi raddoppiare entro la metà del secolo, raggiungendo fino a 2.377 terawattora all’anno e generando oltre 1.300 milioni di tonnellate di CO₂ equivalente ogni anno. In questo contesto, un materiale di raffreddamento passivo a zero energia che si degrada naturalmente a fine vita non è una semplice curiosità scientifica ma un potenziale pilastro della strategia climatica globale.

Le differenze con i tentativi precedenti

Il raffreddamento radiativo passivo non è un’idea nuova: la scienza alla base è nota da decenni e diversi materiali capaci di produrre questo effetto sono stati sviluppati nel tempo. L’ostacolo è sempre stato la durabilità e la sostenibilità: la maggior parte dei sistemi di raffreddamento passivo esistenti, infatti, si basa su polimeri petrolchimici o ceramiche – materiali che funzionano bene ma hanno un costo ambientale significativo nella produzione e nello smaltimento. Le alternative bio-derivate hanno storicamente ceduto nelle condizioni reali: la prolungata esposizione ai raggi ultravioletti ne degrada la struttura, e il contatto con piogge acide o inquinamento ne erode l’efficacia. Il meta-film in PLA risolve entrambi i problemi: dopo 120 ore di immersione in acido forte (pH 1) e l’equivalente di otto mesi di esposizione UV all’aperto, il materiale ha mantenuto un effetto di raffreddamento tra i 5°C e i 6,5°C. Inoltre, la sua conducibilità termica è inoltre eccezionalmente bassa – 0,049 W/m·K – e questo minimizza il trasferimento di calore attraverso il film stesso. Il PLA è già prodotto su scala industriale in tutto il mondo, principalmente per applicazioni nel packaging e in campo medico. Questo significa che l’infrastruttura manifatturiera per la scalabilità esiste già, abbassando la barriera alla commercializzazione.

Oltre gli edifici, la lotta al caldo urbano

I ricercatori sottolineano che questo film non è limitato alle facciate e ai tetti degli edifici. Le stesse proprietà che raffreddano una parete di cemento sotto il sole estivo potrebbero essere applicate in un’ampia gamma di settori. Il team sta esplorando applicazioni nei trasporti (raffreddamento delle superfici dei veicoli), in agricoltura (protezione di colture e bestiame dallo stress da calore), nell’elettronica (gestione termica passiva dei dispositivi) e persino in campo biomedico, come medicazioni rinfrescanti per le ferite. Le città si stanno riscaldando più rapidamente delle aree rurali, un fenomeno noto come “isola di calore urbana” che, secondo l’IEA, può aumentare i consumi energetici per il condizionamento dell’aria di un ulteriore 20% nelle aree densamente urbanizzate. I materiali edilizi tradizionali come cemento, asfalto, coperture scure, assorbono l’energia solare e la irradiano come calore, innalzando le temperature ambientali e creando un circolo vizioso: città più calde richiedono più raffreddamento, che richiede più elettricità, che produce più emissioni, che riscalda ulteriormente il clima. Una pellicola passiva che riflette quasi tutta la radiazione solare in ingresso e irradia il calore direttamente nello spazio rompe questo ciclo alla radice. Applicata su scala urbana, potrebbe contribuire non solo all’efficienza dei singoli edifici, ma a riduzioni misurabili delle temperature medie delle città. Il team di ricerca sta ora cercando partner manifatturieri per la produzione su larga scala. A differenza di molte scoperte di laboratorio che rimangono confinate a condizioni controllate, questo meta-film è già stato validato all’aperto in condizioni ambientali difficili su due continenti. Il materiale di base, il PLA, è facilmente reperibile e competitivo in termini di costo e la tecnica di fabbricazione, pur specializzata, è ampiamente come scalabile; le condizioni sembrano quindi essere molto favorevoli a uno sviluppo industriale di questa soluzione. Anche se la crisi climatica non potrà essere contrastata con il ricorso al solo meta-film bioplastico, questa soluzione a zero energia, biodegradabile, scalabile, che raffredda passivamente e funziona in condizioni reali, offre uno strumento potente alla strategia di contrasto e mitigazione dei suoi effetti.