(Phys.org) —Un team di Stanford ha progettato una forma completamente nuova di pannello di raffreddamento che funziona anche quando splende il sole. Un tale pannello potrebbe migliorare notevolmente il raffreddamento della luce diurna degli edifici, automobili e altre strutture irradiando la luce del sole nel freddo vuoto dello spazio.

Case ed edifici refrigerati senza condizionatori d'aria. Interni auto che non si scaldano sotto il sole estivo. Toccando le gelide distese dello spazio esterno per raffreddare il pianeta. Fantascienza, tu dici? Bene, forse non più.

Un team di ricercatori di Stanford ha progettato una forma completamente nuova di struttura di raffreddamento che si raffredda anche quando splende il sole. Una tale struttura potrebbe migliorare notevolmente il raffreddamento della luce diurna degli edifici, automobili e altre strutture riflettendo la luce del sole nel freddo vuoto dello spazio. Il loro articolo che descrive il dispositivo è stato pubblicato il 5 marzo in Nano lettere .

"Le persone di solito vedono lo spazio come una fonte di calore dal sole, ma lontano dal sole lo spazio esterno è davvero un raffreddore, luogo freddo, " ha spiegato Shanhui Fan, professore di ingegneria elettrica e autore senior del documento. "Abbiamo sviluppato un nuovo tipo di struttura che riflette la stragrande maggioranza della luce solare, mentre nello stesso tempo manda calore in quel freddo, che raffredda le strutture artificiali anche di giorno."

Il trucco, dal punto di vista ingegneristico, è duplice. Primo, il riflettore deve riflettere quanta più luce solare possibile. Riflettori scadenti assorbono troppa luce solare, riscaldandosi nel processo e vanificando lo scopo del raffreddamento.

La seconda sfida è che la struttura deve irradiare in modo efficiente il calore nello spazio. Così, la struttura deve emettere radiazione termica in modo molto efficiente all'interno di uno specifico intervallo di lunghezze d'onda in cui l'atmosfera è quasi trasparente. Al di fuori di questo intervallo, L'atmosfera terrestre riflette semplicemente la luce verso il basso. La maggior parte delle persone ha familiarità con questo fenomeno. È meglio conosciuto come effetto serra, la causa del cambiamento climatico globale.

Due gol in uno

La nuova struttura raggiunge entrambi gli obiettivi. È un efficace specchio a banda larga per la luce solare:riflette la maggior parte della luce solare. Emette anche radiazioni termiche in modo molto efficiente all'interno della gamma di lunghezze d'onda cruciale necessaria per sfuggire all'atmosfera terrestre.

Il raffreddamento radiativo notturno è stato ampiamente studiato come strategia di mitigazione del cambiamento climatico, tuttavia il picco di richiesta di raffreddamento si verifica durante il giorno.

"Nessuno era ancora stato in grado di superare le sfide del raffreddamento radiativo diurno, del raffreddamento quando splende il sole, " disse Eden Rephaeli, un dottorando nel laboratorio di Fan e un co-primo autore del documento. "È un grosso ostacolo".

Il team di Stanford è riuscito dove altri hanno fallito passando a materiali fotonici nanostrutturati. Questi materiali possono essere progettati per migliorare o sopprimere il riflesso della luce in determinate lunghezze d'onda.

"Abbiamo adottato un approccio molto diverso rispetto ai precedenti sforzi in questo campo, " disse Aaswath Raman, un dottorando nel laboratorio di Fan e un co-primo autore del documento. "Combiniamo l'emettitore termico e il riflettore solare in un unico dispositivo, rendendolo sia più performante che molto più robusto e pratico. In particolare, siamo molto entusiasti perché questo design rende praticabili applicazioni sia su scala industriale che off-grid."

Utilizzando materiali nanofotonici ingegnerizzati, il team è stato in grado di sopprimere fortemente la quantità di luce solare che induce il calore assorbita dal pannello, mentre irradia calore in modo molto efficiente nella gamma di frequenze chiave necessaria per sfuggire all'atmosfera terrestre. Il materiale è composto da quarzo e carburo di silicio, entrambi assorbenti molto deboli della luce solare.

Potenza di raffreddamento netta

Il nuovo dispositivo è in grado di raggiungere una potenza di raffreddamento netta superiore a 100 watt per metro quadrato. A confronto, i pannelli solari standard di oggi, efficienti al 10%, generano all'incirca la stessa quantità di energia. Ciò significa che i pannelli di raffreddamento radiativo di Fan potrebbero teoricamente essere sostituiti sui tetti dove i pannelli solari esistenti alimentano l'elettricità ai sistemi di condizionamento dell'aria necessari per raffreddare l'edificio.

Per dirla in modo diverso, una tipica storia, una casa unifamiliare con solo il 10 percento del tetto coperto da pannelli di raffreddamento radiante potrebbe compensare il 35 percento dell'intero fabbisogno di aria condizionata durante le ore più calde dell'estate.

Il raffreddamento radiativo ha un altro profondo vantaggio rispetto a tutte le altre strategie di raffreddamento come il condizionatore d'aria. È una tecnologia passiva. Non richiede energia. Non ha parti in movimento. È facile da mantenere. Lo metti sul tetto o sui lati degli edifici e inizia a funzionare immediatamente.

Una visione mutevole del raffreddamento

Al di là delle implicazioni commerciali, Fan ei suoi collaboratori prevedono un ampio potenziale impatto sociale. Gran parte della popolazione umana sulla Terra vive in regioni assolate rannicchiate intorno all'equatore. La domanda di energia elettrica per azionare i condizionatori d'aria è alle stelle in questi luoghi, presentando una sfida economica e ambientale. Queste aree tendono ad essere povere e la potenza necessaria per guidare il raffreddamento di solito significa centrali elettriche a combustibili fossili che aggravano il problema dei gas serra.

"Oltre a queste regioni, possiamo prevedere applicazioni per il raffreddamento radiativo in aree off-the-grid del mondo in via di sviluppo dove al momento non è nemmeno possibile il condizionamento dell'aria. Ci sono un gran numero di persone che potrebbero beneficiare di tali sistemi, " ha detto Fan.