Un’ondata di sistemi di raffreddamento non convenzionali sta facendo il suo ingresso nel mercato della climatizzazione, con l’obiettivo di ridurre le emissioni.
Dopo tre anni di caldo da record, anche quest’anno si preannuncia torrido. L’aria condizionata? Non se ne andrà da nessuna parte. L’Agenzia internazionale per l’energia prevede che il numero di impianti di climatizzazione triplicherà entro il 2050.
Questo è positivo per la salute – uno studio pubblicato su Lancet ha stimato che l’aria condizionata abbia evitato quasi 200.000 morti premature solo nel 2019 – ma negativo per il pianeta. Il raffreddamento artificiale rappresenta già il 7% del consumo globale di elettricità e il 3% delle emissioni di gas serra e, se smaltiti in modo improprio, gli impianti possono causare perdite di refrigeranti con un potenziale di riscaldamento globale superiore a quello dell’anidride carbonica.
Sentendo il calore, numerosi scienziati e startup sperano di potenziare il raffreddamento allo stato solido, attualmente utilizzato su piccola scala per dispositivi come mini-frigoriferi, batterie per veicoli elettrici e alcuni computer da gioco di fascia alta. I condizionatori tradizionali trasferiscono il calore utilizzando un compressore e una ventola per far circolare un refrigerante e trasformarlo da liquido a gas.
I sistemi a stato solido, invece, trasferiscono il calore attraverso materiali conduttivi come il gadolinio e il tellururo di bismuto, che in teoria potrebbero raffreddare ambienti e superfici con minori effetti collaterali.
Il problema è capire se siano in grado di eguagliare l’efficienza dei climatizzatori convenzionali. «Una delle domande chiave che rimangono aperte è: perché i sistemi di raffreddamento allo stato solido non sono efficienti quanto i tipici cicli termodinamici?», afferma Pramod Reddy, professore di ingegneria meccanica all’Università del Michigan che studia il trasferimento di calore.
Sono in corso ricerche e programmi pilota per testare una serie di approcci. L’azienda Mimic Systems, con sede a Brooklyn, utilizza il raffreddamento termoelettrico, che fa passare una corrente attraverso materiali semiconduttori per trasferire il calore da un lato all’altro. Il suo sistema di climatizzazione su scala ambientale è attualmente in fase di sperimentazione in un appartamento a Vancouver.
L’azienda tedesca Magnotherm è pronta a testare il proprio sistema, basato su un dispositivo magnetocalorico che trasferisce il calore magnetizzando e smagnetizzando i materiali, in una catena di supermercati. Un team di Hong Kong ha annunciato che il proprio dispositivo elastocalorico, il cui materiale si riscalda e si raffredda espandendosi e contraendosi, è in grado di scendere sotto lo zero. E la britannica Barocal punta sui sistemi barocalorici, che modificano la temperatura in risposta alle variazioni di pressione.
Ma gli esperti, specialmente nel campo della termoelettricità, nutrono dubbi sulla competitività di qualsiasi sistema a stato solido. Per la maggior parte dei moderni sistemi HVAC, il coefficiente di prestazione (COP) è pari a 3, spiega Jeff Snyder, professore alla Northwestern University che studia la conduttività elettrica e termic a. Ciò significa essenzialmente che il sistema trasferisce tre unità di calore per ogni unità di energia immessa.
I dispositivi termoelettrici, in particolare, tendono ad avere prestazioni molto inferiori in presenza di forti sbalzi di temperatura, afferma Snyder, il che significa che sono più adatti a usi di nicchia come il raffreddamento dello schienale di un sedile d’auto.
L’unità HVAC termoelettrica su scala ambientale di Mimic è in fase di test in un appartamento di Vancouver.
PER GENTILE CONCESSIONE DI MIMIC SYSTEMS, INC
L’efficienza, tuttavia, non è tutto, sostiene Lindsay Rasmussen, manager presso Third Derivative, l’acceleratore di tecnologie climatiche del Rocky Mountain Institute, che sostiene sia Magnotherm che Mimic. Negli Stati Uniti, la maggior parte dei condizionatori attualmente in uso impiega un refrigerante chiamato R410A, che ha un potenziale di riscaldamento globale oltre 2.000 volte superiore a quello dell’anidride carbonica. Inoltre, le loro parti mobili possono renderli meno durevoli, soprattutto se confrontati con un modello a stato solido, meno complesso dal punto di vista meccanico.
Tuttavia, la scarsità di unità disponibili rende difficile rispondere alla domanda sull’efficienza. Per comprendere quanto siano efficaci le alternative, afferma Rasmussen, i ricercatori devono confrontare il loro consumo energetico a lungo termine con quello dei modelli convenzionali, invece di limitarsi a considerare il COP. Mimic sostiene, ad esempio, che il suo modello su scala di stanza dovrebbe eguagliare il consumo di un tipico condizionatore nel corso di un anno. Anche i sistemi elastocalorici e barocalorici sono promettenti, aggiunge Rasmussen, ma i prototipi su scala ambientale richiederanno probabilmente ancora due o tre anni.
In definitiva, la probabilità che il raffreddamento allo stato solido possa sostituire i condizionatori basati su compressori è scarsa. Tuttavia, con il riscaldamento globale e con paesi come l’India che installeranno decine di milioni di nuovi condizionatori nel prossimo decennio, sostituirne anche solo un numero esiguo potrebbe fare la differenza. «Se [il raffreddamento allo stato solido] riuscisse a conquistare anche solo il 5% della quota di mercato», afferma Rasmussen, «l’impatto potenziale sarebbe davvero notevole».
Sara Kiley Watson è una giornalista scientifica specializzata in clima e sostenibilità. Vive all’Aia.
Immagine di copertina: rendering che illustra la visione a lungo termine di Mimic per sistemi di climatizzazione a stato solido dal design artistico. PER GENTILE CONCESSIONE DI MIMIC SYSTEMS, INC.
