Gli scienziati di KAUST hanno sviluppato un semplice sistema di raffreddamento basato sull'energia solare e sull'effetto di raffreddamento dell'evaporazione dell'acqua salata che potrebbe essere utilizzato per la refrigerazione nelle regioni calde con accesso limitato all'elettricità. Credito: © 2021 KAUST; Veronica Moraru
La forte luce solare alimenta il dispositivo di raffreddamento passivo
Un semplice sistema di raffreddamento guidato dalla cattura dell'energia solare passiva potrebbe fornire la refrigerazione degli alimenti a basso costo e il raffreddamento degli spazi abitativi per le comunità povere senza accesso alla rete elettrica. Il sistema, privo di componenti elettrici, sfrutta il potente effetto refrigerante che si ha quando alcuni sali vengono disciolti nell'acqua. Dopo ogni ciclo di raffreddamento, il sistema utilizza l'energia solare per far evaporare l'acqua e rigenerare il sale, pronto per il riutilizzo.
"Le regioni calde hanno alti livelli di energia solare, quindi sarebbe molto interessante utilizzare l'energia solare per il raffreddamento", afferma Wenbin Wang, postdoc nel laboratorio di Peng Wang. In molte parti del mondo c'è una maggiore necessità di raffreddamento a causa del cambiamento climatico, ma non tutte le comunità possono accedere all'elettricità per il condizionamento e la refrigerazione. "Abbiamo concettualizzato un progetto di conversione e stoccaggio dell'energia solare off-grid per un raffreddamento ecologico ed economico", afferma il professor Wang.
Il sistema di raffreddamento progettato dagli ingegneri KAUST potrebbe essere utilizzato per rinfrescare gli ambienti domestici. Credito: © 2021 KAUST; Wenbin Wang
Il team ha progettato un sistema di raffreddamento e rigenerazione in due fasi, con la fase di raffreddamento basata sul fatto che la dissoluzione di alcuni sali comuni nell'acqua assorbe energia, che raffredda rapidamente l'acqua. Dopo aver confrontato una gamma di sali, il nitrato di ammonio (NH4NO3) si è rivelato il migliore, con una potenza di raffreddamento più di quattro volte superiore rispetto al suo concorrente più vicino, il cloruro di ammonio (NH4Cl). L'eccezionale potere refrigerante del sale di nitrato di ammonio può essere attribuito alla sua elevata solubilità. “NH4NO3la solubilità di ha raggiunto 208 grammi per 100 grammi di acqua, mentre gli altri sali erano generalmente inferiori a 100 grammi", dice Wenbin. "L'altro vantaggio di questo sale è che è molto economico e già ampiamente utilizzato come fertilizzante", aggiunge.
Il sistema ha un buon potenziale per le applicazioni di conservazione degli alimenti, ha dimostrato il team. Quando il sale è stato gradualmente sciolto in acqua in una tazza di metallo posta all'interno di un polistirolo scatola di gommapiuma, la temperatura della tazza è scesa dalla temperatura ambiente a circa 3.6 gradi Centigrado ed è rimasto sotto i 15 gradi Celsius per oltre 15 ore.
Una volta che la soluzione salina ha raggiunto la temperatura ambiente, il team ha utilizzato l'energia solare per far evaporare l'acqua utilizzando un rigeneratore solare 3D a forma di coppa su misura. La coppa è stata realizzata con un materiale progettato per assorbire quanto più spettro solare possibile. Quando l'acqua evapora, l'NH4NO3 i cristalli sono cresciuti sulla parete esterna della coppa. "Il sale cristallizzato può essere raccolto automaticamente mentre il sale cade a causa della gravità", afferma Wenbin.
Una volta raccolto, il sale rappresenta effettivamente una forma immagazzinata di energia solare, pronta per essere riutilizzata per il raffreddamento quando necessario.
Riferimento: "Conversione e stoccaggio dell'energia solare per il raffreddamento" di Wenbin Wang, Yusuf Shi, Chenlin Zhang, Renyuan Li, Mengchun Wu, Sifei Zhuo Sara Aleida e Peng Wang, 1 settembre 2021, Scienze energetiche e ambientali.
DOI: 10.1039/D1EE01688A
