Il caffè per assorbire energia solare: l’efficienza fototermica incontra la biocompatibilità

Negli ultimi anni, intensa attività scientifica è stata dedicata allo studio e allo sviluppo di fluidi con proprietà ottimizzate per l’assorbimento diretto dell’energia solare e conversione in energia termica. Una gran parte dei fluidi proposti si ottiene a partire dall’acqua tramite l’aggiunta di nano-particelle, che le conferiscono particolari proprietà termiche e ottiche. Il problema principale nell’utilizzo di questi fluidi, conosciuti come nano-fluidi, è la loro tossicità dovuta ad alcune particelle e al rischio ambientale per il loro smaltimento.

Partendo da questo problema, un gruppo di ricercatori del DENERG - Dipartimento Energia e del Dipartimento di Scienza Applicata e Tecnologia del Politecnico, in collaborazione con l’Istituto Nazionale di Ottica del CNR di Firenze, ha ideato un fluido con proprietà simili a quelle dei nano-fluidi, ma con il vantaggio di essere innocuo per la salute, biocompatibile e a basso costo… usando il caffè! Il fluido proposto consiste infatti principalmente di acqua distillata e caffè, ai quali vengono aggiunti glicerolo e tracce di solfato di rame – rispettivamente per evitare il congelamento e la formazione di muffe.

Le proprietà del fluido (o colloide), caratterizzate per diverse concentrazioni di acqua e di caffè, si sono dimostrate analoghe a quelle ottenibili con nano-particelle di carbonio. Infatti, le particelle di caffè finemente disperse in acqua “intrappolano” i raggi del sole in una sorta di “labirinto ottico” che incrementa l’assorbimento di energia solare. Una intensa campagna sperimentale presso il DENERG ha quindi permesso di dimostrare un’efficienza di conversione diretta comparabile con quella di più tradizionali soluzioni basate su assorbimento indiretto – come quelle dei collettori solari-termici comunemente installati sui tetti delle abitazioni.

Il gruppo di ricercatori, che ha recentemente pubblicato il lavoro sulla rivista Scientific Reports, è composto da: Matteo Alberghini, Matteo Morciano, Luca Bergamasco, Matteo Fasano, Gabriele Humbert, Eliodoro Chiavazzo e Pietro Asinari del Multi-Scale Modelling Lab, Dipartimento Energia; Luca Lavagna e Matteo Pavese del DISAT - Dipartimento di Scienza Applicata e Tecnologia del Politecnico ed Elisa Sani (Istituto Nazionale di Ottica del CNR di Firenze).

I ricercatori, che intendono continuare ad approfondire questo tema, auspicano che il loro lavoro possa ispirare un’intensificazione degli sforzi da parte della comunità scientifica alla ricerca di soluzioni innocue per la salute, biocompatibili e sostenibili per il settore della conversione energetica solare-termica. La notizia è stata ripresa anche  dal quotidiano arabo Asharq al-Awsat, distribuito sia in Medio Oriente che nel Maghreb.

(a) Moka utilizzata per la preparazione del caffè e caratterizzazione granulometrica. (b) Campioni del fluido proposto a diverse concentrazioni di acqua e caffè. Licenza immagini CC BY 4.0.