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H2020

Quartzene — Risultato in breve

Project ID: 718823
Finanziato nell'ambito di: H2020-EU.2.1.2.
H2020-EU.2.3.1.
Paese: Svezia
Dominio: Tecnologie industriali

Trattenere il calore con gli aerosilicagel

Un progetto finanziato dall’UE ha sviluppato e commercializzato Quartzene®, un materiale altamente poroso che vanta rapporti elevati tra resistenza e densità e incredibili proprietà di isolamento.
Trattenere il calore con gli aerosilicagel
Recenti sviluppi nella scienza dei materiali e della nanotecnologia hanno reso possibile lo sviluppo di nuovi metodi per l’isolamento termico. Gli aerogel sono nanomateriali che si stanno affermando quali materiali per l’isolamento in molti campi di applicazione, dalle abitazioni e dagli edifici commerciali alle missioni di esplorazione dello spazio.

Nonostante le loro eccezionali proprietà fisiche, la popolarità degli aerogel è stata ostacolata dagli alti costi di produzione. Grazie al finanziamento dell’UE del progetto Quartzene, Svenska Aerogel ha sviluppato un processo brevettato per la produzione di un materiale di tipo aerogel chiamato Quartzene®.

Il nuovo materiale con dimensioni su scala micrometrica può essere messo in vendita a un prezzo inferiore del 50 - 60 % rispetto a tutti gli altri aerogel. «I nuovi metodi brevettati di Svenska Aerogel consentiranno per la prima volta di sviluppare l’isolamento con aerogel per applicazioni nel mercato di massa quali edifici, rivestimenti e contenitori monouso per alimenti», fa notare il fondatore di Svenska Aerogel e responsabile di R&S, il prof. Christer Sjöström.

Barriere all’affermazione quale materiale predominante

Gli aerogel sono tra i solidi meno densi esistenti, ma considerando il loro peso, sono incredibilmente robusti e sono uno dei migliori isolanti di sempre. Tuttavia, nonostante questa loro lista di proprietà eccezionali, in conseguenza di pori e interfacce nella loro struttura, gli aerogel tradizionali sono rimasti finora esclusi da molte applicazioni pratiche.

Un fattore importante sono gli alti costi di produzione associati al complesso essiccamento necessario per creare l’aerogel usando tecniche di asciugatura convenzionali. In particolare, il tradizionale aerosilicagel è prodotto attraverso il metodo sol-gel, che prevede la sintesi di una rete porosa di silice in un processo a umido. Il successivo essiccamento deve essere effettuato in condizioni supercritiche in modo da evitare che il solvente usato faccia restringere o collassare la struttura solida.

Le tecniche di essiccamento tradizionali prevedevano l’uso di pressioni relativamente elevate che alla fine portano il materiale a restringersi o ad avere una densità superiore a quella desiderata.

Il processo di essiccamento di Quartzene® è portato a termine a pressione ambiente e con bassi incrementi di temperatura. La sua produzione è di conseguenza notevolmente meno costosa rispetto agli aerogel tradizionali prodotti mediante essiccamento supercritico. «Il processo di essiccamento a pressione ambiente utilizzato rompe i materiali solidi in pezzi più piccoli mediante macinazione. L’elevata velocità dell’aria e le particelle piccole aiutano a rendere il processo di essiccamento veloce ed efficiente sul piano energetico», spiega il prof. Sjöström. Come fa inoltre notare, «Oltre ad abbassare i costi di produzione, il nuovo processo di essiccamento è in grado di riutilizzare il calore residuo a temperature superiori a quella ambiente. Il recupero e il riutilizzo del calore residuo possono migliorare l’efficienza energetica fino al 90 %».

Il prodotto finale che si ottiene da questa procedura di essiccamento è una polvere a grana fine con dimensioni micrometriche, ma si possono produrre anche dimensioni più grandi applicando varie tecniche di granulazione. Per via della sua nano porosità su misura, della densità ultra bassa e del fatto che l’unico prodotto di scarto sono acqua e sale, Quartzene® può essere utilizzato in un’ampia gamma di applicazioni.

Cemento leggero per edifici a risparmio energetico

In quanto materiale di tipo aerogel granulare e in polvere, Quartzene® può trasferire le sue proprietà benefiche a materiali da costruzione come il cemento cellulare. «Oggi gli edifici sono responsabili approssimativamente del 40 % del consumo energetico e del 36 % delle emissioni di CO2 nell’UE. L’aggiunta di materiali per l’isolamento termico come Quartzene® agli edifici esistenti può ridurre le emissioni di CO2 provenienti dagli impianti di riscaldamento e raffreddamento di oltre il 40 %», osserva il prof. Sjöström.

In confronto ai materiali isolanti esistenti, il nuovo cemento leggero di Aercrete prodotto miscelando aerosilicagel Quartzene® ha ottenuto delle migliori prestazioni termiche e di resistenza al fuoco – proprietà estremamente necessarie per tali applicazioni.

Una lunga lista di applicazioni

I partner del progetto hanno testato anche la capacità dei contenitori monouso per alimenti composti da Quartzene® di bloccare il trasferimento di calore. Il materiale ha dimostrato di tenere il cibo isolato dall’ambiente, mantenendo allo stesso tempo la temperatura richiesta.

Kolon Glotech, un altro partner del progetto, ha usato e valutato Quartzene® per migliorare i trattamenti di superficie e i rivestimenti per l’industria automobilistica. Oltre a generare superfici ottimizzate e a regolare la temperatura della superficie, la ricerca era destinata a studiare nuovi prodotti antirumore.

Quartzene® combina alta porosità, densità molto bassa e conduttività termica a un prezzo contenuto. Il processo di produzione efficiente in termini di energia e di costi di Svenska Aerogel rende questo materiale unico in confronto agli aerogel convenzionali.

Keywords

Quartzene, aerogel, Svenska Aerogel, contenitori alimentari, isolamento termico, essiccamento supercritico, cemento cellulare, industria automobilistica