Scienziati della Stanford University hanno inventato un nuovo tipo di vernice in grado di mantenere gli edifici più freschi d’estate e più caldi d’inverno, riducendo significativamente il consumo energetico, i costi e le emissioni di gas serra.
Il riscaldamento e il raffreddamento degli ambienti rappresentano circa il 13% del consumo energetico globale e circa l’11% delle emissioni di gas serra. Le nuove vernici hanno ridotto l’energia utilizzata per il riscaldamento di circa il 36% negli esperimenti che utilizzano ambienti artificiali e freddi, secondo uno studio pubblicato negli Atti della National Academy of Sciences. Hanno ridotto l’energia necessaria per il raffreddamento di quasi il 21% in condizioni di caldo artificiale. Nelle simulazioni di un tipico condominio di media altezza in diverse zone climatiche degli Stati Uniti con la nuova vernice su pareti e tetti esterni, il consumo totale di energia per riscaldamento, ventilazione e aria condizionata è diminuito del 7,4% nel corso di un anno.
Yi Cui (scienziato dei materiali, specializzato in nanotecnologie e ricerca sull’energia e l’ambiente presso la Stanford University. Dirige il Precourt Institute for Energy e il Sustainability Accelerator, entrambi all’interno della Stanford Doerr School of Sustainability), autore principale dello studio, ha affermato:
«Si prevede che l’energia e le emissioni derivanti dal riscaldamento continueranno a diminuire a causa dei miglioramenti dell’efficienza energetica, ma l’uso dell’aria condizionata è in aumento, soprattutto nelle economie in via di sviluppo in un mondo in via di riscaldamento. Sia per il riscaldamento sia per l’aria condizionata dobbiamo ridurre l’energia e le emissioni a livello globale per raggiungere i nostri obiettivi di emissioni zero. Ridurre lo scambio di calore tra gli spazi di vita e di lavoro e l’ambiente circostante sta ricevendo maggiore attenzione, sono richiesti nuovi materiali per un migliore isolamento, come le pellicole bassoemissive per finestre».
Una soluzione colorata
Le attuali vernici basso emissive solitamente hanno un colore argento metallizzato o grigio, la cui estetica ne limita l’uso. Le vernici di nuova invenzione hanno due strati applicati separatamente: uno strato inferiore riflettente all’infrarosso che utilizza scaglie di alluminio e uno strato superiore ultrasottile trasparente all’infrarosso che utilizza nanoparticelle inorganiche disponibili in un’ampia gamma di colori. Lo spettro infrarosso della luce solare provoca il 49% del riscaldamento naturale del pianeta quando viene assorbito dalle superfici.
La vernice per mantenere il calore fuori, può essere applicata su pareti esterne e tetti. La maggior parte di questa luce infrarossa passa attraverso lo strato di colore delle nuove vernici, si riflette sullo strato inferiore e torna indietro sotto forma di luce, non essendo assorbita dai materiali da costruzione sotto forma di calore.
Le vernici per mantenere il calore all’interno, vengono applicate alle pareti interne dove, ancora una volta, lo strato inferiore riflette le onde infrarosse che trasferiscono energia attraverso lo spazio e sono invisibili all’occhio umano: in particolare, fino a circa l’80% della luce del medio infrarosso viene riflessa dalle vernici, svolgendo la maggior parte del lavoro di mantenimento del calore all’interno durante la stagione fredda e all’esterno durante la stagione calda.
Lo strato di colore riflette anche una certa luce nel vicino infrarosso, migliorando la riduzione dell’aria condizionata. Il team di ricerca ha testato le loro vernici in bianco, blu, rosso, giallo, verde, arancione, viola e grigio scuro. I ricercatori hanno scoperto che erano 10 volte migliori delle vernici convenzionali con gli stessi colori nel riflettere l’alta luce a infrarossi medi.
Non solo per gli edifici
Le vernici oltre gli edifici per migliorare l’efficienza energetica possono essere applicate altrove, ad esempio, potrebbero coprire camion e vagoni ferroviari utilizzati per il trasporto refrigerato, in cui i costi di raffreddamento possono assorbire fino alla metà del budget di trasporto.
Yucan Peng, co-autrice principale dello studio (ha completato nel 2020 il suo dottorato di ricerca in scienze dei materiali alla Stanford University, ora è studiosa post-dottorato presso il Geballe Laboratory for Advanced Materials della Stanford University), ha affermato:
«Entrambi gli strati possono essere spruzzati su superfici assortite di varie forme e materiali, fornendo una barriera termica aggiuntiva in molte differenti situazioni».
I ricercatori hanno anche valutato quanto sarebbero pratiche le loro vernici in varie situazioni. Entrambi gli strati sono idrorepellenti, il che dovrebbe migliorare la stabilità in ambienti umidi. Le superfici verniciate possono essere pulite facilmente con un panno umido o un getto d’acqua.
Le prestazioni e l’estetica delle vernici inoltre non sono diminuite dopo l’esposizione continua per una settimana ad alte temperature (80 °C), e basse temperature (-195 °C), così come ambienti ad alta e bassa acidità. La vernice ha effettivamente aumentato leggermente l’uso dell’aria condizionata in alcune città degli Stati Uniti ma nessuna località ha mostrato un aumento totale del carico HVAC (è l’acronimo di “heating, ventilation and air conditioning” (riscaldamento, ventilazione e aria condizionata).
Jian-Cheng Lai coautore dello studio ha affermato:
«Il nostro team continua a lavorare per perfezionare le formulazioni delle vernici per applicazioni pratiche, ad esempio, le soluzioni a base acquosa sarebbero più riguardose dell’ambiente rispetto ai solventi organici che abbiamo utilizzato. Ciò potrebbe facilitare la commercializzazione delle vernici».
