Una tecnologia di raffreddamento passivo a basso costo realizzata con un film polimerico potrebbe essere utilizzata per raffreddare passivamente gli edifici nelle aree metropolitane, evitando la necessità di elettricità.

I moderni sistemi di condizionamento dell'aria consumano notevoli quantità di energia per raffreddare gli edifici durante il giorno, generando quantità significative di gas serra responsabili del cambiamento climatico. Per esempio, l'aria condizionata rappresenta circa il 15% del consumo totale di energia primaria negli Stati Uniti e può raggiungere il 70% in paesi estremamente caldi come l'Arabia Saudita.

Tecnologie che utilizzano il raffreddamento radiativo per controllare la temperatura degli edifici, come pellicole fotoniche planari multistrato e pellicole metamateriali ibride, stanno attirando una notevole attenzione perché non utilizzano l'elettricità; però, sono complicati e costosi da produrre.

La nuova tecnologia è stata sviluppata attraverso la collaborazione, compresi gli scambi di studenti, tra ricercatori statunitensi e KAUST. Guidati da Qiaoqiang Gan e dallo studente laureato Lyu Zhou della State University di New York a Buffalo, Jian-Wei Liang e colleghi del laboratorio di fotonica di Boon Ooi al KAUST, lavorando con ricercatori dell'Università del Wisconsin, hanno sviluppato una tecnologia di raffreddamento passivo costituita da una struttura a film di polidimetilsilossano (PDMS)/alluminio.

"Il PDMS mostra un assorbimento molto elevato nell'intervallo della "finestra atmosferica" ​​della Terra e un basso assorbimento nell'intervallo di lunghezze d'onda del visibile solare, " spiega Jian-Wei. "Queste proprietà lo rendono un materiale ideale per il raffreddamento radiativo passivo".

Sfruttando la sovrapposizione spettrale tra questa finestra atmosferica, corrispondenti a lunghezze d'onda comprese tra 8-13 micron e l'intervallo di radiazione termica emessa dagli edifici a temperature ambiente tipiche, il film PDMS/alluminio può raffreddare efficacemente gli edifici durante il giorno.

Per fabbricare il film, i ricercatori hanno utilizzato un processo di rivestimento della lama per rivestire prima la superficie di un foglio di alluminio con uno strato di resina PDMS e poi una lama dosatrice per controllarne lo spessore, riscaldando la struttura in un forno a circa 60 gradi Celsius per due ore per completare il processo.

"Sebbene il PDMS abbia un basso assorbimento nella gamma di lunghezze d'onda solari, abbiamo scoperto che la sua capacità di raffreddamento radiativo è stata significativamente influenzata dall'ambiente circostante quando testata all'aperto, soprattutto in contesti urbani affollati, " dice Qiaoqiang.

Per affrontare questo, il team ha sviluppato un riparo spettrale-selettivo che dirige la radiazione termica verso il cielo e ha ottenuto una riduzione della temperatura diurna fino a 6,5 ​​gradi Celsius nell'ambiente esterno.

Il film PDMS/alluminio fornisce una soluzione a basso costo e più ecologica per il raffreddamento degli edifici in ambienti urbani e può anche essere prodotto su larga scala, contribuendo alla potenziale commercializzazione delle tecnologie di raffreddamento radiativo.

"Stiamo ora lavorando sulla struttura ottica del film per migliorarne il raffreddamento radiativo, così come la sua applicazione nella condensazione del vapore e nel raffreddamento ad acqua, " dice Jian Wei.