Un team di scienziati ridisegna le superfici per combattere il pericoloso fenomeno dell’accumulo di ghiaccio
La formazione di ghiaccio comporta un grave problema di sicurezza nei settori dei trasporti, dell’energia e delle infrastrutture: il suo accumulo, infatti, può danneggiare i velivoli, influire sull’efficienza delle turbine eoliche e compromettere i sistemi stradali e ferroviari. Inoltre, molte delle attuali tecnologie antighiaccio e sghiaccianti si basano sull’impiego di sistemi di riscaldamento ad alta intensità energetica, oppure su sostanze chimiche che possono risultare dannose per l’ambiente. Il progetto SURFICE(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE, si proposto di progettare alternative più intelligenti, sicure e sostenibili in tal ambito. Concentrandosi sull’ingegneria di superficie e sulla scienza dei materiali, il team ha esplorato le modalità attraverso cui minuscole caratteristiche fisiche o chimiche sulle superfici possano impedire al ghiaccio di formarsi o di aderire.
Una svolta nella protezione dal ghiaccio
Una delle scoperte più importanti di SURFICE è giunta da un nuovo approccio chiamato «capacità di respingere il ghiaccio potenziata dalla discontinuità». Secondo Carlo Antonini, coordinatore del progetto e ricercatore presso l’Università di Milano-Bicocca, «le discontinuità rappresentano un punto debole tra il ghiaccio e la superficie, consentendo di facilitarne il distacco». Con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie(si apre in una nuova finestra), i ricercatori hanno studiato il modo in cui le variazioni su scala nanometrica o sub-millimetrica nell’elasticità o nella composizione chimica di una superficie possano interromperne il legame con il ghiaccio. I principi individuati sono stati utilizzati al fine di sviluppare nuovi rivestimenti e trattamenti superficiali che consentono di ridurre l’adesione senza richiedere l’utilizzo di calore o sostanze chimiche. In uno studio promettente è stato dimostrato che un rivestimento a bassa adesione realizzato mediante la deposizione chimica da vapore avviata(si apre in una nuova finestra) riduce la formazione di ghiaccio. Il rivestimento ha funzionato in modo particolarmente efficace quando abbinato a un sistema elettromeccanico a bassissimo consumo energetico.
Collaudare i materiali antighiaccio in condizioni climatiche estreme
Molti materiali funzionano in maniera soddisfacente in laboratorio, ma non in condizioni difficili; SURFICE ha affrontato questo problema in fase precoce, dando la priorità alla durata. «È importante progettare materiali e processi che prevedano la durata come requisito iniziale», afferma Antonini. Uno dei ricercatori nella fase iniziale della propria carriera attivi nell’ambito del progetto ha sviluppato un protocollo di test completo al fine di valutare l’efficacia nella resistenza dei rivestimenti alle variazioni di temperatura, all’umidità e all’usura meccanica. I rivestimenti sono stati valutati anche in relazione alla sicurezza ambientale. Sebbene le sostanze perfluorurate (PFAS) offrano ancora prestazioni elevate, il team ha studiato alternative più sicure, come i materiali a base di silicone, con l’obiettivo di rispettare le normative REACH dell’UE e ridurre i rischi per l’ambiente.
Tecnologie antighiaccio per velivoli elettrici e droni
I nuovi aeromobili e droni elettrici sono dotati di un’energia di bordo limitata, il che rende impraticabili i sistemi sghiaccianti tradizionali; ed è qui che entrano in gioco i rivestimenti passivi concepiti da SURFICE. «Una tecnologia basata sul rivestimento, come quella proposta da SURFICE, è passiva a livello teorico», afferma Antonini. «Più realisticamente, può contribuire a ridurre l’energia necessaria per respingere o eliminare il ghiaccio, il che risulta particolarmente importante per i piccoli velivoli e per i sistemi di nuova generazione.» Ciò potrebbe contribuire a ridurre l’impatto climatico del settore dell’aviazione, nonché a rendere i nuovi sistemi di mobilità più resilienti e affidabili in ambienti freddi.
Sviluppare talenti di ricerca per soluzioni antighiaccio sostenibili
Una pietra miliare di SURFICE è stata rappresentata dal suo programma di formazione: tredici ricercatori in fase iniziale sono stati inseriti in progetti interdisciplinari riguardanti varie discipline, dalla scienza dei materiali alla fisica, passando per l’ingegneria. Un punto di svolta fondamentale è giunto nel terzo anno del progetto, quando i giovani ricercatori hanno iniziato ad avviare collaborazioni al di là dei loro incarichi individuali. «Hanno iniziato ad aiutarsi reciprocamente a portare avanti i progetti oltre quanto inizialmente proposto dai supervisori durante la preparazione della proposta», conclude Antonini. Questo spirito di squadra ha accelerato le scoperte realizzate, ponendo le basi per la ricerca futura.
Parole chiave
SURFICE, antighiaccio, aeromobili, turbine eoliche, droni, capacità di respingere il ghiaccio, ingegneria delle superfici, scienza dei materiali, rivestimenti sostenibili
