17 Ottobre 2024
Chi l’avrebbe mai detto che il fumo potesse diventare un materiale da costruzione? È proprio questo il caso dell’aerogel, un materiale straordinario che assomiglia a una nuvola solidificata. Con la sua incredibile leggerezza e le sue eccezionali proprietà isolanti, l’aerogel ha tutte le carte in regola per rivoluzionare il settore dell’edilizia, offrendo nuove possibilità per creare edifici più efficienti dal punto di vista energetico e confortevoli per viverci.
Cos’è l’aerogel
L’aerogel è un materiale che sfida le convenzioni. Inventato nel 1931 da Steven Kistler, l’aerogel è nato come risultato di un esperimento volto a sostituire il liquido in un gel con gas, mantenendo intatta la struttura del gel stesso. Il risultato fu un materiale incredibilmente leggero, composto per il 96% da aria e per il restante 4% da silice. Questa composizione unica conferisce all’aerogel le sue caratteristiche principali: una bassissima densità, una trasparenza quasi eterea e una capacità isolante senza paragoni.
Fin dalla sua invenzione, l’aerogel ha trovato applicazioni in ambiti che richiedono materiali altamente performanti. È stato utilizzato per isolare le tute degli astronauti della NASA, proteggendoli dalle temperature estreme dello spazio con uno strato di soli 3 mm. La sua leggerezza e resistenza lo hanno reso ideale per applicazioni in settori come l’aeronautica, la costruzione navale e l’industria criogenica. Tuttavia, è nell’edilizia che l’aerogel sta iniziando a mostrare il suo potenziale rivoluzionario.
Applicazioni nell’edilizia
Nel settore edile, l’aerogel sta emergendo come un materiale di riferimento per l’isolamento termico e acustico. Grazie alla sua bassa conducibilità termica, l’aerogel è in grado di ridurre drasticamente la dispersione di calore, contribuendo a mantenere costanti le temperature interne degli edifici e a ridurre il consumo energetico. Questo lo rende particolarmente adatto per l’isolamento di finestre, una delle principali fonti di dispersione termica negli edifici.
L’aerogel può essere utilizzato in diverse forme: in granuli, per riempire intercapedini tra vetri e pareti, o in forma monolitica, per creare pannelli trasparenti con eccellenti proprietà isolanti. In quest’ultima forma, l’aerogel mantiene la sua trasparenza, permettendo la realizzazione di finestre che, pur lasciando passare la luce naturale, impediscono la dispersione di calore.
Oltre all’isolamento termico, l’aerogel offre anche un’ottima protezione acustica, rendendolo ideale per l’isolamento di pareti e soffitti in ambienti urbani rumorosi. Le sue proprietà ignifughe aggiungono un ulteriore livello di sicurezza, rendendo gli edifici più resistenti agli incendi.
Vantaggi e svantaggi
L’aerogel presenta numerosi vantaggi che lo rendono un materiale altamente promettente per l’edilizia sostenibile. Tra i principali benefici vi sono:
- Eccellente isolamento termico: L’aerogel riduce drasticamente la dispersione di calore, contribuendo a migliorare l’efficienza energetica degli edifici.
- Isolamento acustico: Grazie alla sua struttura porosa, l’aerogel assorbe efficacemente i rumori esterni, migliorando il comfort abitativo.
- Leggerezza: L’aerogel è incredibilmente leggero, il che lo rende facile da maneggiare e installare.
- Resistenza al fuoco: L’aerogel è ignifugo, migliorando la sicurezza degli edifici.
Tuttavia, l’aerogel non è privo di svantaggi. Il principale ostacolo alla sua diffusione su larga scala è il costo ancora elevato, dovuto alla complessità dei processi di produzione. Inoltre, quando utilizzato nelle finestre, l’aerogel può ridurre la trasmissione della luce fino al 30%, creare distorsioni nelle immagini e alterare la resa cromatica. Questi fattori possono limitare la sua applicazione in certi contesti architettonici.
Il futuro dell’aerogel
Nonostante gli attuali limiti, il futuro dell’aerogel appare molto promettente. Diversi istituti di ricerca e università stanno lavorando intensamente per rendere l’aerogel un materiale di più ampio utilizzo nel settore dell’edilizia. Ecco alcuni degli attori principali:
- Empa (Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology) in Svizzera sta sviluppando nuove varianti di aerogel più sostenibili, come l’aerogel di cellulosa, che è biodegradabile e più economico rispetto all’aerogel tradizionale a base di silice.
- Massachusetts Institute of Technology (MIT) negli Stati Uniti è all’avanguardia nella ricerca per migliorare la resistenza e la versatilità dell’aerogel, rendendolo adatto per un uso su larga scala nell’edilizia.
- Fraunhofer Institute for Silicate Research (Fraunhofer ISC) in Germania si concentra sulla produzione di aerogel a base di silice più economici e sta esplorando l’aerogel di fibra di riso come alternativa sostenibile.
- Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) in California lavora su nuove formulazioni di aerogel per migliorare le prestazioni termiche delle finestre e delle pareti, contribuendo alla sostenibilità degli edifici.
- University of Colorado Boulder negli Stati Uniti sta sperimentando aerogel di cellulosa più robusti e meno costosi, ideali per l’isolamento termico su larga scala.
Questi istituti, attraverso collaborazioni con l’industria e continui progressi nella ricerca, stanno avvicinando sempre di più l’aerogel al suo pieno potenziale come materiale chiave per un’edilizia sostenibile e innovativa.
Confronto con i materiali isolanti tradizionali
Quando si parla di isolamento termico negli edifici, materiali come la fibra di vetro e il poliuretano sono stati i punti di riferimento per decenni. Tuttavia, l’emergere di nuovi materiali come l’aerogel ha aperto nuove possibilità, spingendo alla necessità di un confronto per capire quale materiale offra le migliori prestazioni.
Di seguito, analizziamo i punti di forza e di debolezza dell’aerogel rispetto alla fibra di vetro e al poliuretano.
Isolamento termico
Aerogel: L’aerogel è noto per essere uno dei migliori isolanti termici disponibili. La sua conducibilità termica è estremamente bassa, con valori che possono scendere fino a 0,015 W/mK, rendendolo superiore alla maggior parte dei materiali tradizionali. Questa caratteristica permette di ottenere elevate prestazioni isolanti con spessori ridotti.
- Fibra di vetro: La fibra di vetro è uno dei materiali isolanti più utilizzati, con una conducibilità termica media di circa 0,030-0,040 W/mK. Pur offrendo buone prestazioni isolanti, richiede spessori maggiori rispetto all’aerogel per ottenere lo stesso livello di isolamento.
- Poliuretano: Il poliuretano espanso ha una conducibilità termica che varia tra 0,020 e 0,030 W/mK, il che lo rende un ottimo isolante termico, anche se non così efficace come l’aerogel. Tuttavia, è ampiamente utilizzato grazie alla sua versatilità e facilità di applicazione.
Spessore e peso
- Aerogel: Grazie alla sua bassa densità e alla capacità di fornire isolamento con spessori minimi, l’aerogel è un materiale molto leggero. Questo lo rende ideale per applicazioni in cui il peso e lo spazio sono limitati, come nei progetti di ristrutturazione o nelle costruzioni a basso impatto ambientale.
- Fibra di vetro: La fibra di vetro è relativamente leggera, ma per raggiungere lo stesso livello di isolamento dell’aerogel, richiede spessori più elevati, il che può aumentare il peso complessivo dell’isolante.
- Poliuretano: Il poliuretano espanso è più denso della fibra di vetro e dell’aerogel, ma offre un buon rapporto isolamento/spessore. Tuttavia, rispetto all’aerogel, è necessario un maggiore spessore per ottenere prestazioni equivalenti, aumentando il peso complessivo dell’isolamento.
Resistenza al fuoco
- Aerogel: L’aerogel è intrinsecamente resistente al fuoco e non combustibile. Questa caratteristica lo rende particolarmente adatto per l’isolamento in edifici dove la sicurezza antincendio è una priorità.
- Fibra di vetro: Anche la fibra di vetro è resistente al fuoco e non combustibile, il che la rende sicura per molte applicazioni edilizie.
- Poliuretano: Il poliuretano, sebbene sia un buon isolante termico, è infiammabile. Per migliorarne la resistenza al fuoco, vengono aggiunti ritardanti di fiamma, ma la combustibilità rimane un punto debole rispetto all’aerogel e alla fibra di vetro.
Facilità di installazione
- Aerogel: L’aerogel, a causa della sua fragilità e dei costi elevati, richiede un’installazione più delicata e spesso l’impiego di pannelli preassemblati, aumentando la complessità dell’applicazione.
- Fibra di vetro: La fibra di vetro è relativamente facile da installare, ma richiede l’uso di protezioni personali per evitare irritazioni della pelle e delle vie respiratorie.
- Poliuretano: Il poliuretano può essere applicato facilmente tramite spruzzatura, colata o pannelli prefabbricati. È versatile e può adattarsi a forme irregolari, ma necessita di precauzioni durante l’applicazione per evitare l’inalazione di fumi o la contaminazione della pelle.
Costi
- Aerogel: Il principale svantaggio dell’aerogel è il costo. Attualmente, è significativamente più costoso rispetto ai materiali tradizionali, limitandone l’adozione su larga scala, soprattutto in progetti residenziali.
- Fibra di vetro: La fibra di vetro è uno dei materiali isolanti più economici, il che ne ha garantito la diffusione su larga scala. È una soluzione accessibile e ampiamente disponibile.
- Poliuretano: Il poliuretano ha un costo intermedio tra la fibra di vetro e l’aerogel. È più costoso della fibra di vetro, ma spesso considerato conveniente per le sue prestazioni e versatilità.
Conclusioni
L’aerogel rappresenta una delle innovazioni più promettenti nel campo dei materiali da costruzione. Le sue eccezionali proprietà isolanti, combinate con la leggerezza e la resistenza, lo rendono un candidato ideale per l’edilizia del futuro. Sebbene ci siano ancora sfide da affrontare, come la riduzione dei costi e il miglioramento delle prestazioni ottiche, l’aerogel ha il potenziale per trasformare radicalmente il modo in cui progettiamo e costruiamo gli edifici. Investire nella ricerca e nello sviluppo di questo materiale sarà fondamentale per realizzare case più efficienti, sostenibili e confortevoli.
Sitografia
- https://energy.mit.edu/news/making-a-remarkable-material-even-better/
- https://www.aerogel.com
- https://mairepav2020.empa.ch/web/s312/aerogel-concrete
- https://www.aerogel.org
- https://youtu.be/p_r2D1m0nwM?si=VYNeWKcKx8dCczz8
Autore Alberto Forte
