Gli essiccanti che rimuovono l’umidità dall’aria possono svolgere un ruolo importante nel raffreddamento delle nostre case e attività commerciali in futuro. L’aria calda trattiene più umidità dell’aria fredda. Quando l’aria calda e umida passa su una superficie fredda, l’acqua in eccesso precipita, motivo per cui i condizionatori d’aria e le pompe di calore sono dotati di scarichi.
Il corpo umano percepisce il calore in due modi. Il primo è la temperatura effettiva dell’aria e il secondo è l’umidità relativa dell’aria. Ci sentiamo più a nostro agio con un calore di 90ºF se l’umidità relativa è del 40% che se è del 90%. Quando l’umidità è alta, tendiamo ad abbassare la temperatura dei nostri condizionatori d’aria per compensare, ma ciò significa semplicemente che stiamo consumando più elettricità del necessario.
Man mano che il mondo diventa più caldo, si prevede che l’elettricità necessaria per soddisfare la domanda di raffreddamento triplicherà. L’Agenzia internazionale per l’energia prevede che l’aria condizionata consumerà 4000 TWh (che non è un errore di stampa) di elettricità entro il 2050. Ciò equivale a tutta l’elettricità consumata dagli Stati Uniti nel 2022.
Le apparecchiature di climatizzazione oggi fanno due cose. Innanzitutto, asciuga l’aria in entrata. Quindi, raffredda quell’aria più secca. E se ci fosse un modo per separare le due funzioni in modo che l’aria venga deumidificata prima che avvenga il raffreddamento? Diverse nuove aziende propongono di fare esattamente questo utilizzando materiali noti come essiccanti. Stimano che così facendo si potrebbe ridurre dal 50 all’80% la necessità di elettricità per raffreddare le nostre case e le nostre attività. Questi sistemi potrebbero raffreddare in modo più efficiente, anche in condizioni di caldo e umidità estremi, riducendo lo stress sulla rete.
Gli essiccanti consentono un maggiore raffreddamento con meno elettricità
Un condizionatore d’aria convenzionale funziona utilizzando un compressore per pressurizzare un gas, che successivamente si raffredda man mano che si espande. Questo approccio, chiamato compressione del vapore, ha più di 100 anni e il progetto di base non è cambiato molto dalla sua invenzione, dice Ankit Kalanki, manager del programma di edifici senza carbonio presso il Rocky Mountain Institute. Revisione della tecnologia del MIT. Pompare il refrigerante e comprimerlo abbastanza da trasportare il calore all’esterno richiede molta energia, soprattutto quando le temperature sono molto elevate.
Mantenere un edificio confortevole ha molto a che fare con il mantenimento di un ambiente a bassa umidità, afferma Kalanki, ma i condizionatori d’aria devono raffreddare l’aria per estrarne l’umidità. Senza un sistema designato per affrontare l’umidità, afferma, gli edifici sono spesso “raffreddati eccessivamente”, il che può aggiungere un enorme carico energetico. Gli essiccanti potrebbero aiutare a ridurre la domanda di energia separando il processo di deumidificazione dal processo di raffreddamento.
Hai presente quei pacchettini bianchi che arrivano nella scatola con i nuovi dispositivi elettronici, quelli che dicono “Non mangiarlo?” Si tratta di essiccanti che mantengono asciutti gli oggetti all’interno della scatola durante la spedizione, ma esistono altri tipi di essiccanti.
Due approcci agli essiccanti
Transaera, uno spin-off del MIT fondato nel 2018, sta sviluppando un sistema ibrido che utilizza un tipo di materiale chiamato strutture metalliche organiche. Aggiungerlo ai condizionatori d’aria convenzionali potrebbe consentire loro di utilizzare il 35% di energia in meno rispetto ai modelli medi, secondo il CEO di Transaera Sorin Grama.
Sul suo sito web, la società afferma: “Utilizziamo un nuovo materiale simile a una spugna che cattura l’umidità dall’atmosfera consentendo al nostro condizionatore d’aria di raffreddare l’aria in modo più efficiente. Quindi utilizziamo il calore generato dal condizionatore d’aria, invece di sprecarlo, per asciugare il materiale per il ciclo successivo”.
Blue Frontier, con sede nel sud della Florida, ha un approccio completamente diverso. La sua tecnologia di raffreddamento si basa su una soluzione salina così concentrata da poter estrarre l’umidità dall’aria. Innanzitutto, un flusso d’aria passa attraverso un canale e sopra un sottile strato di essiccante, che estrae l’umidità dall’aria. Successivamente, l’aria essiccata passa attraverso una fase di raffreddamento evaporativo, che abbassa la temperatura dell’aria.
Fondamentalmente funziona allo stesso modo in cui il sudore raffredda la pelle, usando quello che gli scienziati chiamano il calore dell’evaporazione. In climi aridi come l’Arizona e il New Mexico, i raffreddatori evaporativi vengono utilizzati al posto dei condizionatori d’aria perché l’umidità ambientale è così bassa. A volte noti come raffreddatori di palude, possono utilizzare fino all’80% in meno di elettricità rispetto ai condizionatori d’aria convenzionali.
Abbinando il raffreddamento per evaporazione agli essiccanti, il sistema di Blue Frontier può funzionare praticamente in qualsiasi clima, afferma il CTO Matt Tilghman. Le sue operazioni possono essere modificate per gestire i cambiamenti del tempo o del setpoint del termostato, alterando l’equilibrio tra raffreddamento e deumidificazione, il che potrebbe contribuire a sbloccare ulteriori guadagni di efficienza. L’approccio dell’azienda dovrebbe essere in grado di ridurre il consumo annuo di elettricità di un totale compreso tra il 50% e l’80% rispetto a un sistema di climatizzazione convenzionale, a seconda dell’ambiente, afferma Tilghman.
Essiccazione dell’agente essiccante
Uno dei maggiori ostacoli all’uso diffuso del raffreddamento ad adsorbimento è la necessità di un metodo per ricaricare i materiali in modo efficiente. Gli essiccanti sono come spugne. Possono assorbire solo una quantità limitata di acqua prima di dover essere strizzati o rigenerati. Ciò significa che oltre alle parti che asciugano e raffreddano l’aria, un sistema di raffreddamento ad adsorbimento necessita di una sezione in grado di rigenerare l’essiccante, rilasciando l’acqua in un altro flusso d’aria che a sua volta viene rilasciato all’esterno.
La maggior parte degli essiccanti può essere rigenerata attraverso il riscaldamento, che rilascia acqua dal materiale, ma questa fase può essere ad alta intensità energetica e spesso coinvolge sistemi di caldaie alimentati a combustibili fossili.
Blue Frontier utilizza invece una pompa di calore per rigenerare il suo essiccante. La pompa di calore aumenta la domanda di energia, ma mentre il sistema di raffreddamento può funzionare continuamente durante una calda giornata estiva, il sistema di rigenerazione può funzionare di sera o durante la notte, quando c’è meno stress sulla rete e i prezzi dell’elettricità sono più bassi, dice Tilghman. Compensare la rigenerazione significherà che il sistema di Blue Frontier potrebbe aiutare a ridurre la domanda di potenza di picco tra l’80% e il 90%.
Raffreddamento ed equità climatica
Blue Frontier ha due sistemi di raffreddamento dimostrativi in funzione, uno in Florida e uno in Canada. La società prevede di installarne diverse dozzine in più tra la fine del 2023 e il 2024, afferma Tilghman. Si concentrerà innanzitutto sui sistemi per edifici commerciali più grandi prima di progettare sistemi che possono essere utilizzati per case, condomini e appartamenti. Mentre i sistemi costano di più rispetto ai tradizionali sistemi di climatizzazione, le bollette più basse dovrebbero compensare il costo iniziale più elevato entro 3-5 anni.
L’accesso a una tecnologia di raffreddamento efficiente potrebbe essere cruciale per aiutare più persone a vivere e lavorare in ambienti sicuri senza sovraccaricare le reti. “Se guardi al mondo che si riscalda, al modo in cui le temperature stanno aumentando, hai bisogno che le persone abbiano accesso al raffreddamento”, afferma Kalanki. “Non è solo una questione di comfort termico o di sentirsi produttivi, ora è anche una questione di equità”.
Se esiste un modo per mantenere le persone a proprio agio senza triplicare la domanda mondiale di elettricità, sarebbe un bene per tutti gli esseri umani. Solo perché possiamo produrre elettricità da fonti rinnovabili non significa che non dovremmo usarla nel modo più efficiente possibile.
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