Un pizzico di nero fumo per un calcestruzzo che riscalda

Dalla collaborazione tra MIT e CNRS arriva il calcestruzzo conduttivo capace di trasportare una corrente elettrica ed emettere calore

calcestruzzo che riscalda
Foto: Andrew Logan

(Rinnovabili.it) – Dalla sua invenzione a oggi, il calcestruzzo si è conquistato un posto speciale nel progresso della civiltà, divenendo il materiale da costruzione più utilizzato al mondo. Eppure, nonostante secoli di innovazione, la sua funzione è rimasta principalmente strutturale. A tentare di cambiare la situazione è oggi un gruppo di ricercatori del MIT Concrete Sustainability Hub (CSHub) e del Centro nazionale francese per la ricerca scientifica (CNRS). La collaborazione tra i due enti ha permesso di creare un calcestruzzo conduttivo in grado di aprire la porta ad una serie di nuove applicazioni, dall’autoriscaldamento allo stoccaggio di energia.

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L’approccio scelto si basa sull’introduzione controllata di nano materiali economici e ad alta conduttività nella miscela cementizia. Per la precisione il gruppo ha aggiunto un 4% di particelle di nero fumo su scala nanonoscopica. “Il calcestruzzo è naturalmente un materiale isolante”, afferma Nancy Soliman, autrice principale dell’articolo pubblicato su Physical Review Materials. “Ma quando aggiungiamo nanoparticelle di nero di carbone, diventa conduttivo“. Il ridotto volume di particelle è bastato per raggiungere la soglia di percolazione, il punto in cui i campioni di calcestruzzo hanno acquistato la capacità di trasportare corrente. Non solo. I ricercatori hanno anche notato come questa corrente avesse un risultato interessante: poteva generare calore. Ciò è dovuto al cosiddetto effetto Joule.

“Il riscaldamento Joule (o riscaldamento resistivo) è causato dalle interazioni tra gli elettroni in movimento e gli atomi nel conduttore”, spiega Nicolas Chanut, coautore dell’articolo e postdoc al MIT CSHub. “Gli elettroni accelerati nel campo elettrico scambiano energia cinetica ogni volta che entrano in collisione con un atomo, inducendo la vibrazione degli atomi nel reticolo; [vibrazione] che si manifesta come calore e un aumento della temperatura nel materiale”.

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Durante i test, il team ha scoperto che anche una piccola tensione – a partire da 5 Volt – potrebbe aumentare le temperature superficiali dei loro campioni (circa 5 cm3 di dimensione) fino a 41 gradi Celsius. “Questa tecnologia potrebbe essere ideale per il riscaldamento radiante a pavimento”, spiega Chanut. Di solito, tale soluzione ha bisogno di tubi sotto il pavimento in cui scorra l’acqua calda, sistemi che possono essere difficili da manutenere. “Quando il calcestruzzo stesso diventa un elemento riscaldante, il riscaldamento diventa più semplice da installare e più affidabile. Inoltre, il cemento offre una distribuzione del calore più omogenea grazie all’ottima dispersione delle nanoparticelle nel materiale”.

2 Commenti

  1. Potrà avere applicazioni, ma riscaldare ambienti con effetto Joule sarebbe uno spreco di energia enorme. Efficienza esattamente pari a quella di una stufa elettrica.

  2. È una cavolata madornale, una pompa di calore estrae energia dal suolo o dall’aria in un rapporto di di 1 unità consumata e 4 o 5 di resa energetica.
    Una tecnologia del genere funzione come una resistenza elettrica, quindi l’energia applicata è la stressa della resa energetica, quindi inutile e già sorpassata.

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