Il calore viene rilasciato dal materiale di ossido di manganese quando le molecole d'acqua entrano nella sua struttura a strati. Credito:Norihiko L. Okamoto
Scienziati in Giappone hanno trovato una sostanza comune che può immagazzinare e rilasciare in modo reversibile e rapido quantità relativamente grandi di calore di bassa qualità senza decomporsi. La ricerca potrebbe portare a un riutilizzo più efficiente del calore di scarto industriale. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature Communications ed erano una collaborazione tra gli scienziati dell'Istituto per la ricerca sui materiali della Tohoku University e la Rigaku Corporation, un'azienda che progetta e produce strumenti di misurazione e analisi termica basati sui raggi X.
Nelle loro ricerche, i ricercatori hanno utilizzato un minerale stratificato di ossido di manganese contenente ioni potassio e acqua cristallina. Questo minerale è abbastanza simile nella sua composizione alla birnessite, che si trova comunemente sulla superficie terrestre. Il team ha fabbricato il loro composto sotto forma di polvere nera insolubile e quindi ne ha esaminato la struttura cristallina utilizzando un diffrattometro a raggi X e un microscopio elettronico a trasmissione. Hanno quindi esaminato come cambiava la struttura del composto quando veniva riscaldata o raffreddata e quanto e con quale rapidità l'energia termica veniva immagazzinata e rilasciata.
Il riscaldamento del materiale fino a 200°C lo ha disidratato fornendo alle molecole d'acqua immagazzinate l'energia di cui hanno bisogno per essere rilasciata nell'atmosfera circostante. Quando il materiale disidratato è stato quindi raffreddato a una temperatura inferiore a 120°C in un contenitore asciutto e quindi esposto ad aria umida, ha assorbito molecole d'acqua e rilasciato il calore immagazzinato.
"Questo meccanismo di intercalazione, in cui le molecole d'acqua vengono inserite in modo reversibile in un materiale stratificato, è molto vantaggioso per l'accumulo di calore", afferma lo scienziato dei materiali della Tohoku University Tetsu Ichitsubo. "È molto veloce, reversibile e la struttura del materiale è ben mantenuta. Inoltre, l'ossigeno nell'atmosfera non degrada il cristallo di ossido di manganese stratificato e l'acqua non lo dissolve. Questo lo rende un ottimo candidato per il riutilizzo del calore di scarto in ambienti industriali."
Questo biossido di manganese stratificato di tipo birnessite con un composto di acqua cristallina ha dimostrato prestazioni a tutto tondo migliori rispetto ad altri composti attualmente oggetto di ricerca per scopi di accumulo di calore. "Il nostro materiale ha una lunga durata, può immagazzinare e rilasciare in modo reversibile grandi quantità di calore per unità di volume e si carica e scarica rapidamente", afferma Ichitsubo. + Esplora ulteriormente
