L'elevata umidità provoca disagio e rende le giornate calde più insopportabili. Un team di ricercatori della National University of Singapore (NUS) ha inventato un nuovo materiale simile al gel che non solo deumidifica efficacemente l'aria ambiente per migliorare il comfort termico, ma sfrutta anche l'umidità dell'aria per un'ampia gamma di applicazioni pratiche, come il funzionamento come schermo solare o per la privacy, inchiostro conduttivo e persino una batteria. E tutte queste proprietà interessanti sono inerenti al materiale dopo l'assorbimento d'acqua, senza bisogno di alimentazione esterna.

L'idrogel unico è una forma di ossido di zinco, un composto che si trova nella protezione solare, in uno stato simile al gel. Può assorbire più di 2,5 volte il suo peso in acqua dall'ambiente circostante e ha prestazioni almeno otto volte migliori rispetto agli agenti essiccanti commerciali. È adatto sia per applicazioni interne che esterne, ed è anche economico e facile da produrre.

"Singapore, come molti paesi tropicali, sperimentare alti livelli di umidità relativa tra il 70 e l'80 per cento. In un ambiente umido, l'aria è satura di acqua e di conseguenza, il sudore sul nostro corpo evapora più lentamente. Questo ci fa sentire più caldi della temperatura ambiente effettiva, portando a un grande disagio. Il nostro nuovo idrogel mira a ottenere un effetto rinfrescante rimuovendo l'umidità dall'aria ambiente in modo molto efficiente, " ha affermato l'assistente professore Swee Ching TAN del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali presso la Facoltà di Ingegneria del NUS, che ha condotto la ricerca.

"Questo nuovo idrogel ha prestazioni almeno otto volte migliori degli agenti essiccanti esistenti, come gel di silice e cloruro di calcio, nel rimuovere l'umidità dall'aria, può assorbire più acqua, funziona più velocemente e utilizza meno materiale. A differenza dei sistemi di deumidificazione e condizionamento ad alta intensità energetica, questo idrogel non richiede elettricità per funzionare. Può essere facilmente rivestito su pareti, finestre e anche oggetti decorativi (come una scultura) per svolgere la funzione deumidificante, "Asst Prof Tan ha aggiunto.

Migliorare il comfort termico

Gli idrogel sono materiali che contengono grandi quantità di acqua e sono comunemente usati nelle lenti a contatto, medicazioni per ferite e prodotti per la cura personale. Recentemente, idrogel sono stati utilizzati per applicazioni biomediche, come l'ingegneria dei tessuti e la somministrazione di farmaci. Però, la capacità degli idrogel di assorbire l'acqua dall'aria circostante non è stata ben studiata.

Il nuovo idrogel sviluppato dal team di NUS Engineering estrae direttamente le molecole d'acqua dall'aria circostante, e riduce l'umidità relativa in uno spazio ristretto dall'80% al 60%, all'interno della zona di comfort termico, in meno di sette minuti.

Questo materiale è adatto per ridurre l'umidità relativa sia in ambienti interni che esterni, come nei reparti ospedalieri e nelle aule senza aria condizionata, così come nei parchi e nelle fermate degli autobus.

Sfruttare l'umidità per un'ampia gamma di applicazioni

Asst Prof Tan ha detto, "L'umidità nell'aria è una risorsa abbondante, ma ci sono pochi tentativi per raccogliere e farne buon uso. Quando il nostro nuovo idrogel assorbe l'acqua, abbiamo osservato che mostra ottiche interessanti, proprietà elettriche ed elettrochimiche. Questo apre una vasta gamma di applicazioni utili."

Dopo aver assorbito acqua dall'ambiente, il nuovo idrogel diventa opaco e riduce la trasmissione a infrarossi di circa il 50%. Ciò si traduce in una riduzione della temperatura ambiente di oltre sette gradi Celsius. Quindi, l'idrogel può essere utilizzato come un materiale intelligente per finestre per bloccare il calore dalla luce solare naturale e allo stesso tempo fungere da schermo per la privacy. Se utilizzato insieme a condizionatori d'aria, i proprietari di edifici o case potrebbero godere di un risparmio sui costi energetici poiché l'aria ambiente più fresca richiederà meno elettricità per raffreddarla alla temperatura desiderata.

Un'altra interessante applicazione dell'idrogel è quella di funzionare come inchiostro conduttivo su circuiti stampati che si trovano comunemente nei dispositivi elettronici. La natura gelatinosa del materiale lo rende molto attraente per l'elettronica flessibile. L'idrogel può essere cancellato facilmente con i comuni solventi come aceto, in modo che i circuiti stampati possano essere riutilizzati. Ciò contribuirebbe a ridurre i rifiuti elettronici.

Il team di ricerca ha anche scoperto che l'idrogel può generare circa 1,8 volt di elettricità, simile alla batteria AA, sufficiente per alimentare dispositivi come un piccolo orologio digitale. Come tale, il materiale può essere utilizzato anche come fonte di alimentazione di emergenza in situazioni in cui non c'è luce solare o alimentazione elettrica.

Questi risultati della ricerca sono stati pubblicati online sulla rivista scientifica Scienze energetiche e ambientali il 24 maggio 2018.

Lo sviluppo del nuovo idrogel è sostenuto da NUS e dal Ministero della Pubblica Istruzione di Singapore. A seguito dei promettenti risultati dell'utilizzo dell'idrogel per ridurre significativamente l'umidità relativa, il gruppo di ricerca, con il supporto del NUS Industry Liaison Office, ha ricevuto sostanziali finanziamenti dalla Temasek Foundation Ecosperity per testare questa nuova applicazione su scala più ampia sia in spazi interni che esterni.

Il team di ricerca NUS ha depositato un brevetto per la loro invenzione, ei ricercatori condurranno ulteriori studi per far avanzare ulteriormente l'applicazione delle diverse proprietà del nuovo idrogel.