E se il legno di cui è fatta la tua casa potesse farti risparmiare la bolletta elettrica? Nella corsa al risparmio energetico, l'utilizzo di un metodo di raffreddamento passivo che non richiede elettricità ed è integrato direttamente in casa potrebbe far risparmiare denaro anche nelle zone fredde degli Stati Uniti. Ora, i ricercatori dell'Università del Maryland e dell'Università del Colorado hanno sfruttato la nanotecnologia della natura per aiutare a risolvere il problema di trovare un modo passivo per gli edifici di scaricare calore che sia sostenibile e forte.

Il legno risolve il problema:è già utilizzato come materiale da costruzione, ed è rinnovabile e sostenibile. Utilizzando minuscole strutture presenti nel legno, le nanofibre di cellulosa e le camere naturali che crescono per far passare acqua e sostanze nutritive su e giù all'interno di un albero vivente, il legno appositamente lavorato ha proprietà ottiche che irradiano il calore. I risultati di questo studio sono stati pubblicati il ​​9 maggio sulla rivista Scienza .

"Questo lavoro ha notevolmente esteso l'uso del legno verso applicazioni ad alta efficienza energetica e ha fornito un percorso sostenibile per combattere la crisi energetica, ", ha affermato Jian Li, professore della Northeast Forestry University, un membro dell'Accademia cinese di ingegneria, chi non è associato alla ricerca.

All'Università del Maryland, Liangbing Hu, i co-primi autori Tian Li e Shuaiming He e altri nel dipartimento di scienza dei materiali hanno lavorato con il legno per molti anni. Il team di Hu ha inventato una gamma di nanotecnologie emergenti del legno, compreso un legno trasparente, batterie di legno a basso costo, legno super resistente, legno super termoisolante, e un depuratore d'acqua a base di legno.

"Questo è un altro importante progresso nelle nanotecnologie del legno che il gruppo Hu dell'Università del Maryland ha raggiunto:il raffreddamento del legno fatto esclusivamente di legno, ovvero, nessun altro componente come i polimeri può raffreddare la tua casa come materiale da costruzione verde, " ha detto il dottor Hu.

La squadra di Boulder, guidato dal Prof. Xiaobo Yin e incluso il co-primo autore Yao Zhai, sia del dipartimento di ingegneria meccanica che del programma di scienza dei materiali presso l'Università del Colorado a Boulder, hanno lavorato su materiali per il raffreddamento radiativo, compresi film sottili e vernici.

"Quando applicato alla costruzione, questo materiale strutturale rivoluzionario si raffredda senza l'apporto di elettricità o acqua, " ha detto il dottor Zhai.

Rimuovendo la lignina, la parte del legno che lo rende bruno e forte, i ricercatori dell'UMD hanno creato un legno molto chiaro fatto di nanofibre di cellulosa. Hanno quindi compresso il legno per ripristinarne la forza. Per renderlo idrorepellente, hanno aggiunto un composto super idrofobo che aiuta a proteggere il legno. Il risultato:un materiale da costruzione bianco brillante che potrebbe essere utilizzato per i tetti per allontanare il calore dall'interno dell'edificio.

Hanno portato la legna fresca nelle condizioni ideali di prova di una fattoria in Arizona dove il clima è sempre caldo e soleggiato, con venti bassi. Là, hanno testato il legno di raffreddamento e hanno scoperto che è rimasto, in media, cinque o sei gradi F più fresca della temperatura dell'aria ambiente, anche nella parte più calda della giornata, il legno che si raffreddava era più freddo dell'aria. È rimasto in media 12 gradi più fresco del legno naturale, che si scalda di più in presenza di luce solare.

"Il legno lavorato utilizza l'universo freddo come dissipatore di calore e rilascia energia termica in esso tramite la finestra di trasparenza atmosferica. È un materiale sostenibile per l'energia sostenibile per combattere il riscaldamento globale", ha affermato il dott. Li.

La resistenza meccanica per peso di questo legno è anche più forte dell'acciaio, che lo rende un'ottima scelta per i materiali da costruzione. È dieci volte più forte del legno naturale e batte la forza dell'acciaio, raggiungendo i 334 MPa·cm3/g (contro i 110 MPa·cm3/g dell'acciaio). Inoltre si danneggia meno facilmente (test di graffio) e può sopportare più peso (test di compressione) rispetto al legno naturale.

Altri collaboratori includono il team di Jelena Srebric presso l'Università del Maryland, Parco dell'università; Il team di Ronggui Yang presso l'Università del Colorado, Masso; e il team di Ashlie Martini presso l'Università della California Merced.

Per vedere quanta energia risparmia il legno, hanno calcolato la quantità di calore utilizzata dai tipici condomini nelle città degli Stati Uniti in tutte le zone climatiche. Città calde come Phoenix e Honolulu risparmierebbero più energia, soprattutto se gli edifici più vecchi avevano i loro rivestimenti e tetti sostituiti con legno di raffreddamento. Gli edifici negli Stati Uniti costruiti dopo il 2004, o ora, risparmierebbe in media il 20% dei costi di raffreddamento.

"Il prof. Hu e collaboratori mostrano l'ennesimo uso del legno che non è solo strutturalmente forte ma utile come componente attivo per la gestione energetica. È interessante che lo stesso materiale che cede calore alla combustione possa essere utilizzato per il raffreddamento, offrendo nuove opportunità nella bioedilizia, " disse Orlando Rojas, un professore nel dipartimento di Bioprodotti e Biosistemi dell'Università di Aalto, Finlandia.