Un gruppo di fisici dell’Università del Colorado Boulder ha sviluppato un nuovo materiale isolante per finestre che potrebbe cambiare radicalmente il modo in cui gli edifici gestiscono il calore in tutto il mondo. Si tratta di MOCHI, acronimo di Mesoporous Optically Clear Heat Insulator, un isolante mesoporo otticamente trasparente che funziona come una versione high-tech del pluriball, ma progettato per prestazioni energetiche anziché per l’imballaggio.
Il materiale può essere prodotto in blocchi spessi o fogli sottili e flessibili da applicare sulla superficie interna delle finestre standard. Attualmente viene realizzato solo in laboratorio e non è ancora disponibile per i consumatori, ma i ricercatori riferiscono che è resistente e quasi completamente trasparente, mantenendo una vista senza ostacoli attraverso il vetro.
Gli edifici di ogni tipo, dalle abitazioni alle grandi torri per uffici, rappresentano circa il 40% del consumo energetico globale. Gran parte di quell’energia viene sprecata quando il calore fuoriesce all’esterno durante l’inverno o entra negli edifici durante il clima caldo. Negli Stati Uniti, gli edifici commerciali consumano da soli oltre il 40% dell’energia generata. Smalyukh e i suoi collaboratori sperano che MOCHI possa rallentare questo flusso di calore indesiderato.
MOCHI è un gel a base di silicone con una struttura interna complessa. Contiene aria intrappolata all’interno di pori estremamente fini, molto più sottili di un capello umano. Queste tasche microscopiche rendono MOCHI un’eccellente barriera termica. Un foglio spesso solo 5 millimetri è sufficiente per permettere a una persona di tenere in mano una fiamma in sicurezza. La composizione del materiale è per oltre il 90% aria.
“Non importa quali siano le temperature esterne, vogliamo che le persone possano avere temperature confortevoli all’interno senza dover sprecare energia”, ha dichiarato Smalyukh, membro del Renewable And Sustainable Energy Institute presso la CU Boulder.
Il materiale condivide somiglianze con gli aerogel, isolanti ben noti utilizzati in molte industrie. La NASA utilizza gli aerogel all’interno dei suoi rover marziani per mantenere caldi i componenti elettronici. Anche gli aerogel si basano su pori pieni d’aria, ma questi pori sono tipicamente disposti in uno schema casuale che diffonde la luce, motivo per cui gli aerogel spesso appaiono opachi e vengono talvolta chiamati “fumo congelato”.
Il team della CU Boulder voleva un materiale isolante che mantenesse la trasparenza pur fornendo una forte resistenza termica. Per costruire MOCHI, i ricercatori hanno combinato molecole tensioattive con una miscela liquida. Queste molecole si raggruppano naturalmente in forme filiformi, in modo simile alla separazione che si verifica quando olio e aceto formano strati nel condimento per insalata. Le molecole di silicone nella stessa miscela si attaccano alla superficie di quei minuscoli filamenti.
Attraverso diverse fasi controllate, i ricercatori rimuovono poi i cluster di detergente e li sostituiscono con aria. Questo lascia dietro di sé una struttura di silicone che circonda una rete di canali ultra-piccoli pieni d’aria.
Il calore viaggia attraverso un gas in modo simile a una reazione a catena in stile biliardo. L’energia fa muovere più velocemente le molecole e gli atomi di gas, che si scontrano tra loro trasferendo calore mentre si colpiscono. I pori all’interno di MOCHI sono così piccoli che le molecole di gas non possono scontrarsi liberamente. Invece, colpiscono ripetutamente le pareti di silicone, il che impedisce al calore di diffondersi facilmente attraverso il materiale.
“Le molecole non hanno la possibilità di scontrarsi liberamente tra loro e scambiare energia”, ha detto Smalyukh. “Invece, urtano contro le pareti dei pori”. Nonostante questa forte capacità di bloccare il calore, MOCHI riflette solo circa lo 0,2% della luce in ingresso, permettendo a quasi tutta la luce visibile di passare attraverso.
I ricercatori immaginano molte applicazioni per un materiale trasparente che intrappola efficacemente il calore. Una possibilità è un dispositivo che cattura il calore dalla luce solare e lo converte in energia sostenibile a basso costo.
Per il momento, MOCHI non è pronto per il rilascio commerciale. La sua produzione in laboratorio richiede tempo considerevole, anche se Smalyukh ritiene che possano essere sviluppati metodi di produzione più efficienti. I componenti utilizzati per realizzare MOCHI sono relativamente economici, il che supporta il potenziale a lungo termine per ampliare la tecnologia.
