Gli scambiatori di calore in futuro potrebbero costare meno e raggiungere livelli di efficienza di scambio termico oggi impensabili, grazie a…. scambiatori di calore di plastica!
Questo apparentemente incredibile risultato potrebbe essere presto realtà grazie agli studi di Alberto Fina, ricercatore presso il Politecnico di Torino, che da anni lavora allo sviluppo di materiali nanocompositi polimerici termicamente conduttivi a base di grafene: un progetto di ricerca tanto promettente da essersi appena aggiudicato il finanziamento dell’Erc – European Research Council, istituito dalla Commissione Europea a supporto di progetti di eccellenza nella Ricerca.
Si tratta del progetto Intherm – Design, manufacturing and control of interfaces in thermally conductive polymer nanocomposites – che mira a realizzare polimeri a elevata conducibilità termica, aprendo eccezionali prospettive nel mondo delle macchine termiche e delle applicazioni di gestione dell’energia termica, del raffreddamento e del recupero di calore, anche da fonti di scarto a basse temperature, ampliando il raggio di possibili applicazioni di recupero termico ed efficienza energetica in una grandissima varietà di processi industriali. Questi nuovi materiali plastici consentirebbero infatti di realizzare scambiatori di calore compatti con costi inferiori fino al 50%, rispetto all’impiego dei tradizionali metalli impiegati per le superfici di scambio, acciaio inox o leghe di rame.
Altro grande vantaggio che i nanocompositi termicamente conduttivi offrirebbero è l’elevata flessibilità nel design e l’alta processabilità dei materiali polimerici, caratteristiche che consentirebbero di realizzare scambiatori con geometrie altrimenti difficili da ottenere con i tradizionali metalli, unitamente alla tenacità e all’elevata resistenza alla corrosione offerte.
Scambiatori di calore in materiale plastico sono già allo studio applicativo in alcuni progetti di ricerca in ambito europeo, come il progetto Thermonano guidato dal professor Guido Saracco, direttore del Dipartimento di Scienza Applicata e Tecnologia nella sede di Alessandria del Politecnico, grazie a sinergie di filiera con l’azienda locale Astra Refrigeranti, che dal 2010 collabora alla realizzazione di scambiatori di calore polimerici.
Altro progetto applicativo basato sulle ricerche di Fina nel campo dei conduttori termici nanocompositi polimerici è inoltre NanoCool, progetto per la realizzazione di sistemi di condizionamento a elevata efficienza energetica che impiegano un sistema ibrido di raffreddamento essiccante liquido (HDL – hybrid liquid desiccant), sfruttando contemporaneamente il calore di evaporazione del sistema raffreddante e il calore di condensazione della cella frigorifera, impiegando il calore in uscita dal condensatore per la produzione e la rigenerazione di essiccanti liquidi, che hanno lo svantaggio di essere altamente corrosivi per i normali materiali metallici. Grazie alla produzione di scambiatori di calore plastici altamente resistenti alla corrosione, questi sistemi a essiccante liquido potrebbero essere realizzati e diffusi sul mercato, potendo offrire in applicazione in ambienti particolarmente umidi risparmi energetici fino al 65-70%.
Senza scendere troppo nel tecnico, la peculiarità del progetto Intherm consiste nell’ingegnerizzazione dell’interfaccia tra le particelle di grafene, ovvero la realizzazione di una speciale disposizione delle nanoparticelle all’interno della matrice polimerica isolante, un reticolo tridimensionale percolante di particelle altamente conduttive capace di assicurare un efficiente trasferimento del calore. Molto utile a riguardo sarebbe infine la combinazione tra nanoparticelle di grafene e microparticelle di grafite, che rende ancora più conveniente la produzione di questi materiali innovativi aumentandone anche le proprietà meccaniche, quali la resistenza a temperature elevate.