Innovazione

Dal MIT di Boston un materiale che fa bollire l’acqua più in fretta

Un team di ricercatori del MIT ha progettato, per ora solo su scala ridotta, un materiale che promette di far bollire l'acqua più in fretta, spendendo meno energia.

Avete mai pensato a quanta energia si consuma per far bollire l'acqua (o altri liquidi)? Al MIT di Boston devono averci pensato di sicuro e forse anche per questo devono aver cercato (e trovato) una soluzione scientifica a un problema che affligge noi comuni mortali oltre che gli impianti industriali in cui l'ebollizione di liquidi è un passaggio fondamentale: come far bollire l'acqua il più in fretta possibile, con il minimo consumo di energia.

Il problema. I ricercatori, che hanno pubblicato i risultati delle loro ricerche su Advanced Materials, sono riusciti per la prima volta a massimizzare la resa di due parametri coinvolti nel processo di ebollizione: il coefficiente di scambio termico (in inglese heat transfer coefficient, HTC) e il flusso di calore critico (critical heat flux, CHF). Quando si progettano dei materiali, è generalmente impossibile migliorare uno di questi parametri senza peggiorare l'altro. Questo accade perché, come spiega il coordinatore dello studio Youngsup Song, «se ci sono molte bolle sulla superficie vuol dire che l'ebollizione è molto efficiente; ma se abbiamo troppe bolle sulla superficie, queste possono fondersi, creando una pellicola di vapore sulla superficie di ebollizione». Questa pellicola introduce una resistenza che rende più difficile il trasferimento del calore tra la superficie calda e l'acqua. In altre parole, quando si crea un film di vapore tra la superficie e l'acqua, l'efficienza del trasferimento di calore si abbassa, e con essa si abbassa il valore di CHF.

Acqua bolle MIT
Il video (rallentato di 100 volte) mostra in che modo bolle l'acqua sul nuovo materiale del MIT: le bolle rimangono separate e ferme in punti precisi, invece di diffondersi su tutta la superficie, rendendo così l'ebollizione più efficiente. © Cortesia dei ricercatori | MIT

La soluzione. La soluzione proposta dai ricercatori del MIT è teoricamente piuttosto semplice: mantenere le bolle separate, impedendone così la fusione e la creazione della pellicola di vapore. Per farlo, hanno lavorato a livello micro- e nanoscopico, creando sulla superficie una serie di microcavità distanti 2 millimetri l'una dall'altra, che mantengono le bolle al loro posto minimizzandone la fusione (aumentando il parametro CHF), ricoperte a loro volta da nanostrutture che favoriscono l'ebollizione (aumentando il parametro HTC). In questo modo si ha l'ebollizione massima in un tempo minimo – e con un ridotto consumo energetico.

Solo l'inizio. Come tengono a sottolineare i ricercatori, il loro progetto è stato sviluppato per ora solo in laboratorio, e non è applicabile a livello industriale. Per il futuro l'idea è quella di studiare nuovi metodi applicabili in situazioni reali: «Questa stessa struttura su diverse scale di grandezza potrebbe essere utilizzata per diversi liquidi, adattando le dimensioni in base alle proprietà dei liquidi», conclude Song.

21 luglio 2022 Chiara Guzzonato
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