Il nero fumo per un calcestruzzo che riscalda

Dalla sua invenzione a oggi il calcestruzzo si è conquistato un posto speciale nel progresso
della civiltà, divenendo il materiale da costruzione più utilizzato al mondo. Eppure, nonostante secoli di innovazione, la sua funzione è rimasta principalmente strutturale. A tentare di cambiare la situazione è oggi un gruppo di ricercatori del MIT Concrete Sustainability Hub (CSHub) e del Centro Nazionale Francese per la Ricerca Scientifica (CNRS). La collaborazione tra i due enti ha permesso di sviluppare un calcestruzzo conduttivo, in grado di aprire la porta a una serie di nuove applicazioni, dall’autoriscaldamento allo stoccaggio di energia, il tutto grazie alla sua superficie.

Una trasformazione radicale

L’approccio scelto si basa sull’introduzione controllata di nanomateriali economici e ad alta conduttività nella miscela cementizia. Per la precisione il gruppo ha aggiunto un 4% di particelle di nero fumo su scala nanonoscopica. Il calcestruzzo è naturalmente un materiale isolante, ma quando si aggiunge nanoparticelle di nero di carbone, diventa conduttivo. Il ridotto volume di particelle è bastato per raggiungere la soglia di percolazione, il punto in cui i campioni di calcestruzzo hanno acquistato la capacità di trasportare corrente. Non solo. I ricercatori hanno anche notato come questa corrente avesse un risultato interessante: poteva generare calore. Ciò è dovuto al cosiddetto effetto Joule. Il riscaldamento Joule (o riscaldamento resistivo) è causato dalle interazioni tra gli elettroni in movimento e gli atomi nel conduttore. Gli elettroni accelerati nel campo elettrico scambiano energia cinetica ogni volta che entrano in collisione con un atomo, inducendo
la vibrazione degli atomi nel reticolo; tale vibrazione si manifesta come calore con conseguente aumento della temperatura nel materiale. Durante i test, il team ha scoperto che anche una piccola tensione – a partire da 5 Volt – porterebbe a far aumentare le temperature superficiali dei loro campioni (circa 5 cm3 di dimensione) fino a 41 °C. Questa tecnologia potrebbe essere ideale per il riscaldamento radiante a pavimento. Di solito, tale soluzione ha bisogno di tubi sotto il pavimento in cui scorra l’acqua calda, sistemi che possono essere difficili da manutenere.