Condizionatori a stato solido, le startup sfidano la tradizione con il freddo senza gas

In un appartamento di Vancouver, da mesi, è in prova un condizionatore diverso da tutti gli altri: niente compressore, niente gas refrigerante, quasi nessun rumore. Si tratta di un condizionatore a stato solido della Mimic Systems e promette, come altri modelli analoghi, di rivoluzionare un settore che troppo a lungo è rimasto immobile, congelato. Per altro fra i finanziatori compare anche l’italiana Vento Ventures. Poi c’è la tedesca Magnotherm che si prepara a testare il suo sistema magnetocalorico in una catena di supermercati, un gruppo di Hong Kong ha mostrato un dispositivo elastocalorico capace di scendere sotto lo zero, la britannica Barocal lavora sulla via barocalorica. Sono le ultime novità a fare da apripista a una tecnologia di cui si parla da tempo, ma che solo ora prova davvero il salto verso il grande pubblico.

La spinta arriva dal clima (e dalle bollette). Dopo tre estati da record, l’Agenzia internazionale dell’energia stima che il numero di condizionatori nel mondo sia destinato a triplicare entro il 2050: una corsa che mette sotto pressione rete elettrica e ambiente, e rende appetibile ogni alternativa più pulita. Anche in Italia con il costo dell’energia più alto del 18% rispetto a un anno fa, si alza anche il rischio di pagare bollette da incubo.

Cosa sono, e cosa cambia rispetto ai sistemi tradizionali

I condizionatori a stato solido raffreddano senza compressore e senza gas refrigeranti. Il principio più maturo è l’effetto Peltier: quando una corrente elettrica attraversa particolari materiali semiconduttori, come il tellururo di bismuto o nuove formulazioni a base di argento e zolfo, una faccia del materiale assorbe calore e si raffredda, mentre l’altra lo cede e si scalda. Accanto alla via termoelettrica si stanno sviluppando alternative che sfruttano altri effetti dei solidi: quello magnetocalorico, in cui il materiale, spesso a base di gadolinio, cambia temperatura se magnetizzato e smagnetizzato, quello elastocalorico, legato a leghe che si espandono e contraggono, e quello barocalorico, che risponde alle variazioni di pressione. In tutti i casi il calore si sposta manipolando la materia, non facendo evaporare un fluido come nei sistemi convenzionali.

Il condizionatore tradizionale a compressione è maturo e garantisce un’efficienza alta e costante anche quando deve raffreddare molto e in fretta, con costi di acquisto contenuti; in cambio impiega refrigeranti ad alto impatto climatico, come il diffuso R410A, un gas con un effetto serra oltre duemila volte superiore a quello dell'anidride carbonica, a parità di quantità rilasciata. A questo si aggiunge il rumore del compressore, alcune componenti meccaniche che si usurano e l’esigenza di manutenzione periodica. Il sistema a stato solido ribalta questi termini: niente gas serra, niente rumore, niente meccanica da riparare, ingombri ridotti e una durata potenzialmente molto superiore, con consumi che secondo diverse stime calano dal 20% al 47% e costi di esercizio a dieci anni inferiori tra il 10% e il 15%. Restano però un prezzo iniziale più alto, oggi circa il doppio nelle versioni industriali, e un’efficienza che cala sui carichi più gravosi.

Proprio l’efficienza ai carichi elevati è il nodo riconosciuto dai ricercatori. Nei moderni impianti il coefficiente di prestazione (il Cop, ndr) vale intorno a 3: il sistema trasferisce tre unità di calore per ogni unità di energia che lo alimenta. I materiali termoelettrici, spiega Jeff Snyder della Northwestern University, rendono molto meno quando la differenza di temperatura è ampia, e si prestano perciò ad applicazioni di nicchia, come raffreddare lo schienale di un sedile d’auto.

Una delle domande ancora aperte, osserva Pramod Reddy dell’Università del Michigan, è proprio perché non eguaglino i cicli termodinamici tradizionali. La partita, però, non si gioca solo sul Cop: come nota Lindsay Rasmussen, dell’acceleratore Third Derivative del Rocky Mountain Institute, conta il consumo sull’intero anno, e un apparecchio più semplice e privo di refrigerante è anche più durevole e meno inquinante. Mimic sostiene che il suo modello per piccoli ambienti dovrebbe pareggiare in dodici mesi il consumo di un condizionatore tradizionale.

Le applicazioni di oggi in ambito industriale

I condizionatori a stato solido domestici al momento non sono ancora in vendita. Diverso il discorso per l’industria e l’elettronica, dove i moduli Peltier sono già una realtà commerciale.

Le applicazioni tipiche restano la refrigerazione commerciale e industriale, le sale di controllo, i quadri all’aperto e gli armadi elettronici, tutti contesti dove silenziosità, compattezza e assenza di manutenzione contano più della potenza bruta. È anche da qui, dalle nicchie ad alto valore, che la tecnologia raccoglie i dati e l’affidabilità necessari per puntare un giorno agli ambienti domestici.

I numeri dello scenario

Il contesto spiega la corsa a questa tecnologia. Il raffreddamento artificiale assorbe già circa il 7% dell’elettricità mondiale e vale il 3% delle emissioni di gas serra, cui si aggiungono le perdite di refrigeranti dagli apparecchi smaltiti male. Eppure l’aria condizionata salva vite: uno studio su Lancet stima che nel solo 2019 abbia evitato quasi 200 mila morti premature.

Ridurre l’impronta del freddo senza rinunciare ai suoi benefici è perciò una priorità. E il mercato si muove: il comparto, sotto il miliardo di dollari nel 2024, secondo Sns Insider è atteso a 4,55 miliardi entro il 2032, con i primi progetti pilota commerciali entro fine anno e i prototipi elastocalorici e barocalorici per piccoli ambienti entro due o tre anni. Gli ostacoli restano il costo dei materiali, l’efficienza e una produzione ancora su piccola scala. Difficilmente questi sistemi soppianteranno del tutto i condizionatori a compressore, ma come riassume Rasmussen basterebbe conquistare anche solo il 5% del mercato perché l’impatto fosse già notevole.