Scoperto un materiale che fa bollire l'acqua più in fretta

L’ebollizione dell’acqua è uno dei primissimi processi chimico-fisici che si studiano già in età scolare. Allora ci insegnano che l’acqua bolle a 100°C, durante la fase di passaggio dallo stato liquido a quello gassoso: man mano che si scalda, si formano bolle e vapore (evaporazione). Un processo che vediamo praticamente tutti i giorni nelle nostre case, anche solo quando dobbiamo “metter su la pentola” per cucinare della pasta.

Eppure l’ebollizione dell’acqua e dei fluidi in generale ha a che vedere con una miriade di processi industriali che richiedono un certo dispendio di energia. Oggi si è aperta una strada inedita, che ci consentirebbe di risparmiare in termini energetici facendo bollire l’acqua più rapidamente e tutto grazie a un nuovo materiale, progettato (al momento) in scala ridotta dal MIT di Boston.

Lo studio del MIT di Boston

“L’ebollizione dell’acqua o di altri fluidi è una fase ad alta intensità energetica al centro di un’ampia gamma di processi industriali, inclusi la maggior parte degli impianti di generazione di elettricità, molti sistemi di produzione chimica e persino i sistemi di raffreddamento per l’elettronica. Il miglioramento dell’efficienza dei sistemi che riscaldano ed evaporano l’acqua potrebbe ridurre significativamente il loro consumo energetico”. Basta leggere l’articolo pubblicato sul sito del MIT di Boston per capire la portata del nuovo studio approntato dal dottor Youngsup Song, dalla professoressa di ingegneria Ford Evelyn Wang e dal loro team.

I risultati, pubblicati sulla rivista Advanced Materials, dimostrano che è possibile trattare in modo specifico i materiali coinvolti nel processo di ebollizione dell’acqua e dei fluidi. Un risultato che si può raggiungere in modo piuttosto semplice massimizzando la resa di due parametri fondamentali: il coefficiente di scambio termico (HTC) e il flusso di calore critico (CHF). Come spiega il dottor Song, in genere quando si progettano tali materiali industriali si pone sempre un problema: non è possibile migliorare uno dei due parametri senza peggiorare l’altro in termini di efficienza.

Ma la nuova ricerca del MIT apre le porte a una vera rivoluzione. Il dottor Song spiega che “Se abbiamo molte bolle sulla superficie di ebollizione, significa che l’ebollizione è molto efficiente, ma se abbiamo troppe bolle sulla superficie, queste possono fondersi insieme formando una pellicola di vapore sulla superficie bollente“. È proprio questa sorta di “film” che aumenta la resistenza e impedisce il trasferimento di calore dalla superficie calda all’acqua.

Un nuovo materiale

Come fare, dunque? Pare che il MIT abbia finalmente trovato la soluzione: basta tener separate le bolle, evitando la formazione di questa pellicola resistente al calore che rallenta l’ebollizione dell’acqua o del fluido specifico. Per ottenere questo risultato, i ricercatori hanno creato un materiale che ha due caratteristiche in particolare. Da una parte sulla superficie sono state inserite delle micro-cavità separate a una distanza di 2 mm, in modo da bloccare le bolle e impedire la formazione della famigerata pellicola ad alta resistenza.

Ma dal momento che tener separate le bolle riduce anche la capacità di ebollizione, hanno compensato creando “minuscole protuberanze e creste su scala nanometrica, che aumenta l’area superficiale e promuove il tasso di evaporazione sotto le bolle”. La combinazione di questi elementi fa sì che migliori esponenzialmente il massimo flusso di calore.

Il materiale così progettato funziona, ma al momento è stato sperimentato soltanto in piccola scala, all’interno di un laboratorio. Non sappiamo quando verrà introdotto e adattato a dispositivi industriali, laddove sarebbe opportuno creare le condizioni per un effettivo risparmio energetico.