Riflette l’82,4% della radiazione solare e disperde quasi tutto il calore nella banda infrarossa più favorevole. Il prossimo banco di prova saranno tetti e facciate di dimensioni reali
LA NOTIZIA IN BREVE – Un gruppo di ricercatori dell’Instituto de Micro y Nanotecnología del CSIC, in Spagna, ha sviluppato un nanomateriale in PVDF capace di limitare il riscaldamento delle superfici senza consumare elettricità. Nei test condotti a Tres Cantos, vicino a Madrid, il campione ha raggiunto una temperatura fino a 12,9 °C inferiore rispetto al sistema di riferimento, con un’irradiazione solare di 962 W/m². Il materiale riflette l’82,4% della radiazione solare ed emette il 96,7% del calore nella finestra infrarossa tra 8 e 13 micrometri, attraverso la quale l’energia può disperdersi verso il cielo. Il dato dei 12,9 °C, però, non indica una temperatura inferiore di quasi 13 gradi rispetto all’aria esterna. La tecnologia è ancora sperimentale: prima di arrivare su tetti e facciate serviranno prove su larga scala, costi sostenibili e verifiche sulla durata. Se funzionasse anche sugli edifici reali, potrebbe ridurre il lavoro dei climatizzatori e quindi i consumi elettrici estivi.
Se vuoi andare oltre alla sintesi della nostra notizia leggi qui di seguito l’approfondimento
L’APPROFONDIMENTO – Un gruppo di ricercatori spagnoli ha sviluppato un nanomateriale capace di limitare fortemente il riscaldamento delle superfici esposte al Sole senza consumare elettricità. Nei test condotti a Tres Cantos, vicino a Madrid, il materiale ha registrato una temperatura fino a 12,9 °C inferiore a quella del sistema di riferimento, mentre l’irradiazione solare arrivava a 962 watt per metro quadrato. Il risultato nasce da una struttura nanometrica in PVDF, progettata per riflettere gran parte della radiazione solare e disperdere il calore attraverso l’infrarosso. Lo studio, realizzato dall’Instituto de Micro y Nanotecnología del CSIC, è stato pubblicato su Nanophotonics. I 12,9 °C, però, non indicano una temperatura inferiore di quasi 13 gradi rispetto all’aria esterna, ma il confronto con il riferimento usato nell’esperimento.
Come fa una superficie a raffreddarsi mentre resta sotto il Sole?
Per capire il risultato bisogna partire da un fenomeno che avviene continuamente, anche sotto i nostri occhi. Qualunque corpo caldo emette energia sotto forma di radiazione infrarossa. L’atmosfera ne trattiene una parte, ma tra circa 8 e 13 micrometri diventa molto più trasparente. Questa zona dello spettro prende il nome di finestra atmosferica.
Un materiale che emette bene proprio in quella banda riesce a liberarsi di una parte del proprio calore verso il cielo. Di notte il meccanismo funziona con relativa facilità; durante il giorno bisogna fare i conti con il Sole, che continua a riversare energia sulla superficie. Per ottenere un vero raffreddamento radiativo diurno servono quindi due caratteristiche: riflettere quanto più possibile la luce solare ed emettere con grande efficienza nell’infrarosso.
Il materiale sviluppato dal gruppo spagnolo prova a fare entrambe le cose. Nella configurazione migliore raggiunge una riflettanza solare media dell’82,4% tra 0,32 e 2,5 micrometri e un’emissività del 96,7% nella finestra atmosferica tra 8 e 13 micrometri. Assorbe quindi una frazione relativamente ridotta dell’energia che arriva dal Sole e, nello stesso tempo, libera molto bene il calore nella parte dello spettro in cui l’atmosfera offre meno resistenza.
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Che cosa hanno fatto al PVDF
Il fluoruro di polivinilidene, o PVDF, non nasce con questa ricerca. È un polimero già conosciuto dall’industria e studiato da tempo per il raffreddamento radiativo. Il gruppo dell’IMN-CNM ha lavorato soprattutto sulla sua forma.
I ricercatori hanno fatto penetrare il polimero in una matrice tridimensionale nanoporosa di ossido di alluminio anodizzato, indicata nello studio con la sigla 3D-AAO. La matrice funziona come uno stampo microscopico e costringe il PVDF ad assumere una rete interna molto precisa.
A quelle dimensioni anche la geometria cambia il comportamento ottico del materiale. Forma, dimensioni e distribuzione delle strutture influenzano quanta radiazione solare viene assorbita o riflessa e con quale efficienza il calore esce nell’infrarosso.
Il team ha poi confrontato tre sistemi per raffreddare il polimero dopo l’infiltrazione: naturale, rapido e ultrarapido. Quest’ultimo ha prodotto la configurazione con le prestazioni migliori. Un successivo trattamento con radiazione ultravioletta ha provocato una foto-ossidazione della superficie, rendendola più bianca e aumentando ulteriormente la riflettanza solare.
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Cosa è successo durante la prova
Il gruppo ha sistemato i campioni dentro scatole di polistirene, montate su una piattaforma di legno inclinata di 30 gradi verso sud. Accanto all’esperimento, una stazione meteorologica registrava temperatura dell’aria, umidità relativa e intensità della radiazione solare.
Una scatola vuota di polistirene serviva come riferimento. Durante le prove all’aperto l’irradiazione ha raggiunto un massimo di 962 W/m². In quelle condizioni il campione ottimizzato ha fatto segnare una temperatura fino a 12,9 °C più bassa rispetto alla scatola vuota. Lo studio parla esplicitamente di questo confronto.
Se l’aria esterna fosse a 35 °C, il risultato non permette di concludere che il materiale scenderebbe automaticamente a poco più di 22 °C. Per affermarlo bisognerebbe misurare la differenza rispetto alla temperatura ambiente nelle stesse condizioni. Il passo successivo sarà capire cosa succede quando al posto di un piccolo apparato sperimentale c’è un tetto vero.
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I 182,3 watt per metro quadrato equivalgono alla potenza di un climatizzatore?
Gli autori hanno calcolato per il materiale una potenza teorica di raffreddamento di 182,3 W/m² con una radiazione solare di 1.000 W/m². Il valore deriva dal bilancio energetico: quanta energia arriva, quanta ne viene assorbita, quanta il materiale riesce a irradiare e quanto calore scambia con l’ambiente.
Un climatizzatore sottrae calore all’interno di una stanza e lo trasferisce fuori grazie a un circuito alimentato elettricamente. Il PVDF interviene prima: riduce il riscaldamento della superficie dalla quale il calore potrebbe poi entrare nell’edificio.
Su un tetto la conseguenza è intuitiva. Se la copertura raggiunge una temperatura inferiore, trasferisce meno energia verso gli strati sottostanti. Il climatizzatore parte quindi da una situazione migliore e può consumare meno. Quanto meno, però, non lo sappiamo ancora. Lo studio non misura il consumo annuale di un edificio rivestito con questo materiale.
Potrebbe farci usare meno aria condizionata
Un rivestimento radiativo non permette di impostare 24 °C dal telecomando, non deumidifica una stanza e non sostituisce un impianto quando il caldo diventa estremo. Può però ridurre una parte del calore prima che raggiunga gli ambienti interni.
Il vantaggio è un altro. Una copertura esposta al Sole può raggiungere temperature molto superiori a quelle dell’aria; parte di quell’energia attraversa poi tetto e isolamento e arriva dentro casa. Ridurre il calore assorbito significa alleggerire il lavoro che dovrà compiere in seguito l’impianto di raffrescamento.
Secondo il Global Cooling Watch 2025 dell’UNEP, seguendo l’attuale traiettoria la capacità mondiale di raffrescamento potrebbe più che triplicare entro il 2050, passando da 22 TW nel 2022 a 68 TW. Nello stesso scenario, le emissioni associate al settore salirebbero da 4,1 a circa 7,2 miliardi di tonnellate di CO₂ equivalente all’anno. L’UNEP indica le soluzioni passive tra gli strumenti necessari per frenare quella crescita.
Tetti più riflettenti, ombreggiamento, isolamento, ventilazione e raffreddamento radiativo lavorano tutti sullo stesso obiettivo: fare in modo che dentro un edificio arrivi meno calore da eliminare successivamente con l’elettricità.
Quanto manca a un materiale da stendere sui tetti?
Lo studio si è limitato a dimostrare il funzionamento di una nanostruttura di PVDF su scala sperimentale e documenta il suo comportamento all’aperto. Da qui a ricoprire una casa, un capannone o un edificio pubblico c’è però un salto considerevole.
A questo punto contano soprattutto il costo al metro quadrato, la facilità di applicazione e, soprattutto, la capacità del materiale di mantenere le proprie prestazioni dopo anni di esposizione a Sole, pioggia, polvere, smog e grandine.
Conta anche il clima. Il vapore acqueo assorbe radiazione infrarossa e può ridurre la trasparenza della finestra atmosferica. Un sistema che funziona molto bene sotto il cielo secco di Madrid potrebbe quindi offrire prestazioni diverse in una giornata afosa e molto umida.
Il gruppo considera comunque la tecnica di fabbricazione scalabile e compatibile con processi industriali, una condizione necessaria se l’obiettivo è uscire dal laboratorio.
Sarà la sperimentazione su superfici più grandi a dire quanto questa promessa reggerà.
Chi paga la ricerca e perché il progetto guarda anche all’elettricità?
Il lavoro fa parte di COOLed – Cooling for Electricity Production: Battery-free Technology, progetto coordinato dal CSIC e finanziato dallo European Research Council nell’ambito di Horizon Europe. CORDIS indica un finanziamento europeo di 2 milioni di euro. Il progetto è iniziato il 1° giugno 2023 e dovrebbe concludersi il 31 maggio 2028.
COOLed ha un obiettivo più ampio rispetto al solo raffreddamento degli edifici. I ricercatori vogliono combinare un materiale capace di raffreddarsi radiativamente con un generatore termoelettrico, che trasforma una differenza di temperatura in corrente elettrica.
Il progetto punta a una densità massima di potenza di 1 W/m², pensata soprattutto per alimentare piccoli dispositivi dell’Internet of Things senza batterie.
Il PVDF presentato ora costituisce quindi una parte del sistema: prima si crea una superficie che perde calore verso il cielo, poi si prova a sfruttare la differenza di temperatura che ne deriva. È un obiettivo ancora sperimentale, ma aiuta a capire perché il gruppo stia cercando di ottenere il massimo controllo possibile sul comportamento termico della superficie.
Domande e risposte
Le risposte essenziali ai dubbi più comuni sul nanomateriale che raffredda senza elettricità.
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Verifica
Il materiale è davvero sceso di 12,9 °C sotto la temperatura dell’aria?
No. I 12,9 °C indicano la differenza massima rispetto al sistema di riferimento utilizzato nell’esperimento, una scatola vuota di polistirene. Il dato non significa che, con 35 °C esterni, il materiale raggiunga automaticamente circa 22 °C.
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Tecnologia
Come riesce a raffreddarsi senza consumare elettricità?
Sfrutta il raffreddamento radiativo passivo. Il PVDF nanostrutturato riflette in media l’82,4% della radiazione solare ed emette con un’efficienza del 96,7% nella banda infrarossa tra 8 e 13 micrometri, dove il calore può disperdersi più facilmente verso il cielo.
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Dati
Che cosa significa la potenza di raffreddamento di 182,3 W/m²?
È una potenza teorica di raffreddamento calcolata con un’irradiazione solare di 1.000 W/m². Non equivale alla potenza frigorifera di un climatizzatore: descrive il bilancio termico della superficie, non la quantità di freddo immessa in una stanza.
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Disponibilità
Si può già applicare il nanomateriale su tetti e facciate?
Non ancora. La tecnologia è stata testata su campioni sperimentali e deve ancora dimostrare prestazioni e durata su superfici edilizie di grandi dimensioni. Restano da verificare anche costi, produzione industriale, applicazione e resistenza nel tempo.
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In breve
Potrebbe sostituire l’aria condizionata?
No, ma potrebbe ridurne il lavoro. Una superficie che assorbe meno calore trasferisce meno energia agli ambienti interni. Su un edificio reale questo potrebbe tradursi in un minore fabbisogno di climatizzazione, ma lo studio non quantifica ancora il risparmio elettrico ottenibile.
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Da sapere
Il materiale funzionerebbe allo stesso modo in qualsiasi clima?
Non necessariamente. Umidità, nuvole e condizioni atmosferiche possono influenzare la dispersione del calore nell’infrarosso. I risultati migliori del test spagnolo sono arrivati con forte irradiazione solare e condizioni relativamente secche.
Che cosa potrebbe significare per l’Italia?
In Italia il principio del raffrescamento passivo interessa già la ricerca sull’efficienza degli edifici. ENEA lavora su sistemi di climatizzazione naturale, materiali innovativi e soluzioni capaci di ridurre il fabbisogno energetico dell’involucro edilizio.
Nel clima mediterraneo il problema è sentito. Basta toccare, o meglio evitare di toccare, una copertura scura rimasta per ore sotto il Sole estivo. La temperatura della superficie può salire molto più di quella dell’aria e quel calore non rimane fuori: una parte attraversa la struttura. Un materiale come quello spagnolo prova a intervenire su entrambi i lati del bilancio, facendo entrare meno energia solare e favorendo l’uscita del calore nell’infrarosso.
Per capire quanto potrebbe valere in Sardegna, in Sicilia o nelle città del Centro-Sud servirebbe però una prova molto più vicina alla vita quotidiana di quanto non sia un test su pochi campioni.
Link e fonti
Studio originale, documenti istituzionali e approfondimenti per verificare i dati sul nanomateriale in PVDF e sul raffreddamento radiativo passivo.
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Studio scientifico
Template-Assisted 3D-PVDF Nanonetworks for Passive Daytime Radiative Cooling
È lo studio originale che descrive la nanostruttura in PVDF, le proprietà ottiche del materiale e i test di raffreddamento radiativo condotti all’aperto a Tres Cantos, vicino a Madrid.
Consulta lo studio -
Fonte istituzionale
Il CSIC presenta il nanomateriale che raffredda senza elettricità
La comunicazione ufficiale del CSIC illustra il lavoro dell’Instituto de Micro y Nanotecnología e riporta il dato massimo di 12,9 °C ottenuto rispetto al riferimento sperimentale.
Consulta la fonte -
Progetto europeo
COOLed – Cooling for Electricity Production: Battery-free Technology
La scheda ufficiale ricostruisce obiettivi, finanziamento e durata del progetto ERC COOLed, che combina raffreddamento radiativo e sistemi termoelettrici per applicazioni prive di batterie.
Consulta il progetto -
Rapporto internazionale
Global Cooling Watch 2025
Il rapporto analizza la crescita mondiale della domanda di raffrescamento, i consumi energetici e le emissioni, indicando anche le soluzioni passive tra gli strumenti per ridurre il carico degli impianti di climatizzazione.
Consulta il rapporto -
Approfondimento tecnico
I cool materials contro il surriscaldamento urbano e degli edifici
L’approfondimento ENEA spiega l’impiego dei materiali ad alta riflettanza per ridurre la temperatura delle superfici esposte al Sole e il flusso di calore che entra negli edifici.
Consulta l’approfondimento
Note per i lettori
L’immagine usata per questo articolo è stata creata grazie all’utilizzo di un sistema di Intelligenza Artificiale
