Progetto Thermeleon - La tegola che cambia colore con le variazioni climatiche

" Il Team Thermeleon dell'Università MIT e la tegola che cambia colore "

( Immagine simbolo del Massachusetts Institute of Technology MIT di Cambridge )

Il Massachusetts Institute of Tecnology ( MIT ) è considerata una delle più autorevoli Università di ricerca a livello mondiale, fu fondata nel 1861 a Boston e negli anni ha spostato la sua sede a Cambridge nello stato americano del Massachusetts , comprende alcune delle unità tecnologiche più avanzate di tutto il mondo, fino ad oggi ha ricevuto nel corso della sua storia 78 Premi Nobel e ha sfornato 56 vincitori della National Medal Of Science, un prestigioso riconoscimento assegnato dal Presidente degli Stati Uniti d'America a individui che si sono distinti per l'apporto di contributi significativi in ambito scientifico; la QS Wolrd University Rankings, la classifica annuale delle 700 migliori Università del Pianeta, ha posizionato il MIT al primo posto dell'edizione 2012/2013.

 Troverete tutte le informazioni su uno degli Atenei più rinomati d'America cliccando il seguente link: www.mit.edu

Una breve introduzione al complesso universitario MIT era necessaria, considerando che il " Progetto Thermeleon " è il vincitore della terza edizione, quella del 2009, del concorso istituito da questa Università d'oltreoceano, il " Making and Designing Materials Engineering Contest " ( MADMEC ), una competizione tra gruppi di studenti del MIT dove vengono presentati e giudicati progetti sviluppati nell'ambito dell'Ingegneria dei materiali. Nel 2009 il tema principale dei progetti in gara riguardava l'ottimizzazione dell'efficienza energetica mediante l'applicazione di materiali innovativi e all'avanguardia, il premio di 5000 $ per il Team Thermeleon che si è aggiudicato il primo posto è destinato a finanziare la ricerca e la sperimentazione per perfezionare il progetto vincente, e raggiungere l'obiettivo finale, cioè creare un prodotto pronto per la commercializzazione nel mercato dei materiali per la Bioedilizia.

" Thermeleon è l'eco-tegola progettata per l'Edilizia sostenibile del futuro "

( Immagine di uno degli studiosi del MIT, Nick Orf in una dimostrazione del prototipo Thermeleon - Tratta dal sito www.web.mit.edu/newsoffice )

Il Progetto Thermeleon riguarda il prototipo di una tegola che automodifica il suo colore dal bianco al nero o viceversa in relazione alla temperatura ambientale; l'ispirazione all'idea è nata dal principio per cui " una superficie nera assorbe il calore del sole con un'alta efficienza, mentre invece una superficie bianca lo riflette riducendo l'intensità dell'assorbimento di calore ", e dalla conseguente conclusione oggettiva che se questo criterio viene  applicato sulla copertura di un'abitazione, si possono ridurre i consumi energetici, poichè d'inverno un tetto di colore scuro assorbe la luce del sole, ne imprigiona il calore trasmettendolo all'interno e consentendo  un risparmio dell'energia sfruttata dall'impianto di riscaldamento, mentre invece d'estate un tetto di colore chiaro, riflette i raggi solari, proteggendo la casa dal calore e quindi rendendo necessaria una quantità minore di energia per alimentare l'impianto di raffrescamento.

Nel laboratorio degli studiosi ideatori del progetto Thermeleon sono stati effetuati test su questo fenomeno ed è stato scientificamente provato che le tegole quando sono bianche riflettono circa l'80% della luce solare, quando sono di colore nero, invece la percentuale scende vertiginosamente al 30%; questo dato determina che in estate, se una struttura è dotata di un tetto bianco, si può risparmiare indicativamente il 20% dei costi relativi al sistema di condizionamento dell'aria; per quanto riguarda i test sul risparmio di energia dovuti alla tegola nera nel periodo invernale, i dati sono ancora da quantificare.

• Curiosità: L'assonanza tra il termine Thermeleon e la parola Chamaleon, che in inglese significa camaleonte, non è casuale, ma una scelta precisa del gruppo di ricerca, che ha voluto creare una connessione tra il nome del loro progetto e le capacità mimetiche di questo rettile.

La Tegola Thermeleon è composta da un elemento principale che ne determina le caratteristiche tecniche ed estetiche, un polimero commerciale di uso comune che trova il suo impiego nella composizione della maggior parte dei gel per capelli presenti sul mercato, esso viene prima immerso in una soluzione liquida composta principalmente da acqua e successivamente incapsulato all'interno di un contenitore, originariamente il progetto prevedeva che l'involucro fosse costituito da due strati di plastica e vetro, uno bianco e uno nero, nel corso evolutivo della sperimentazione si è optato per l'utilizzo della sola plastica considerando costi e funzionalità del prodotto.

Il termine polimero deriva dal greco e significa " che ha più parti ", esso è una macromolecola che si presenta di grandi dimensioni e ha un peso molecolare elevato. Nel caso specifico del Progetto Thermeleon il polimero utilizzato si caratterizza perchè a bassa temperatura si discioglie nella sostanza acquosa e assume la variazione cromatica scura, assolvendo alla funzione di assorbire il calore, mentre per effetto contrario, con l'avanzare dello stato termico che provoca un aumento del grado di calore, il polimero subisce una fase di condensazione e si trasforma in tante goccioline di dimensioni minuscole, esse per una reazione chimica disperdono la luce e creano una superficie di colore chiaro, riflettendo i raggi solari e riducendo così l'assorbimento del calore stesso.

Gli studi e i test effettuati sul prototipo sono volti a ottimizzare la resistenza di questa tecnologia, nelle condizioni delle rigide e fredde temperature invernali, analizzando i risultati ottenuti dopo l'esposizione a ripetuti cicli di caldo-freddo; inoltre la ricerca è in costante evoluzione, infatti gli studiosi del MIT, nell'ottica dell'immissione sul mercato del prodotto, si stanno occupando di trasformare il progetto-tegola , in un progetto vernice-spray, sfruttando i medesimi criteri e applicandoli sull'elaborazione chimica del polimero, per creare un materiale semplice da utilizzare sui tetti delle abitazioni,poichè il procedimento di installazione delle nuove tegole sulle coperture già esistenti, presenta costi e limiti che rendono più difficile la buona riuscita del progetto sotto il punto di vista commerciale, mentre l'utilizzo di uno smalto, da spruzzare sulla parte oggetto del trattamento, semplifica di gran lunga il procedimento di applicazione.

Complessivamente è stato accertato che i costi di realizzo relativi a Thermeleon , sia sotto forma di tegola, che sotto forma di vernice, sono contenuti, grazie anche al fatto che le materie prime necessarie alla produzione, sono comuni ed economiche, e quindi il prodotto finito potrebbe avere un costo pari o inferiore a quello dei materiali tradizionali usati per la realizzazione dei tetti.

( Esempio di come una superficie bianca o nera interagisce con la luce solare )

        ( Prototipo tegola Thermeleon nei due stati di colore previsti )

Curiosità: Steven Chu è un fisico statunitense, ha ricevuto un Premio Nobel per la Fisica nel 1997 e dal Gennaio del 2009 fino a poco tempo fa è stato il Segretario dell' Energia del Governo Obama; grande sostenitore delle politiche ambientali relative al risparmio energetico, ha proposto un sistema di climatizzazione passiva per le abitazioni della California, da attuare tinteggiando di bianco tutti i tetti e le superfici piane orizzontali dello Stato americano, lo scopo sarebbe stato quello di riflettere la luce del sole con la conseguenza diretta di ridurre drasticamente il surriscaldamento delle città. Un calcolo scientifico ha stabilito che questo sistema applicato su 100 metropoli sparse per il mondo ridurrebbe l'emissione di diossido di carbonio nell'atmosfera per un totale di circa 44 tonnellate di anidride carbonica, la quantità che tutto il mondo riesce a emettere in un anno.

I Pro del Progetto Thermeleon

• Utilizzo di materiali alla base della produzione del prodotto economici e facili da reperire, che consentono di mantenere bassi i costi di vendita sul mercato;
• Orientamento al risparmio energetico e alla riduzione dei consumi e degli sprechi relativi agli impianti di climatizzazione;
• Introduzione nel mercato dei materiali per l'edilizia di prodotti innovativi e tecnologici, ma al tempo stesso ecologici e biocompatibili;
• Sfruttamento della luce solare, una fonte di energia pulita e rinnovabile;
• Riduzione delle emissioni di Co2 ( anidride carbonica ) e quindi dell'aumento dei gas serra presenti nell'atmosfera terrestre, responsabili dei cambiamenti climatici del nostro pianeta.

I contro del Progetto Thermeleon

• L'installazione della nuova eco-tegola sulle coperture già esistenti, prevede costi elevati relativi alla manodopera, motivo principale per cui in fase di sperimentazione si è intrapresa la strada della Vernice-Spray;
• Il risparmio energetico relativo all'utilizzo di una superficie scura durante la stagione invernale, non è stato quantificato e i risultati dei test potrebbero non avere esiti soddisfacenti;
• L'applicazione sui tetti che predispongono già una coibentazione termoisolante efficiente per proteggere gli ambienti interni può rivelarsi inutile e dispendiosa;
• Non è ancora stata accertata la resistenza e l'efficienza del prodotto nei periodi medio-lunghi.

( Fotografia del gruppo di ricerca degli studenti del MIT, con il premio borsa di studio di 5000 $ vinto al contest MADMEC con il Progetto Thermeleon - Lin Ja - Yin Fan - Gagan Saini - Dr Nicholas Orf - Dr Joseph Walish - Dr Rafal Mickiewicz )

La fase progettuale, che riguarda principalmente la ricerca e la sperimentazione mediante test, analisi e controlli costanti sulla stabilità del materiale nelle diverse condizioni climatiche, non si è ancora conclusa, infatti il Progetto Thermeleon non ha ancora trovato il suo posto nel mercato dei nuovi materiali per la Bioedilizia e la squadra di ricercatori dell'Università del Massachusetts è ancora al lavoro.

L'idea progettuale è da considerarsi geniale, originale e innovativa, ma la fase della concretizzazione del progetto si è rivelata più lunga e complessa del previsto, infatti l'auspicio del 2009, anno in cui è stato presentato e premiato il progetto, era quello di riuscire a completare tutti i test per avviare la commercializzazione del prodotto entro il 2010, l'obiettivo non è stato raggiunto e non si conoscono i motivi per cui quest'idea carica di concetti ecologici e orientata alla sostenibilità ambientale, non ha trovato ancora oggi riscontri oggettivi e tangibili sotto il profilo commerciale.

In attesa di nuovi sviluppi sull'argomento e di esordienti idee rivolte al settore della Bioedilizia e della Bioarchitettura, vorrei ricordare quanto sia importante supportare e agevolare il progresso di progetti che mirano a sostenere e migliorare la vivibilità del nostro Pianeta.