L’innovazione cambia il mondo
Sotto la spinta congiunta degli obiettivi «Dual Carbon» e degli impegni di decarbonizzazione delle filiere globali, nei diversi settori industriali si sta affermando una convinzione: la sostenibilità non dipende soltanto dagli interventi di abbattimento degli inquinanti a valle dei processi, ma sempre più dall’innovazione alla fonte.
I materiali per l’isolamento termico rappresentano un ambito il cui contributo all’efficienza energetica è stato a lungo sottovalutato. Dai piumini agli edifici, dai veicoli elettrici alle tubazioni industriali, le prestazioni dei materiali isolanti possono incidere significativamente sui consumi energetici complessivi.
Sviluppato da Y-Warm Technologies Co., Ltd. attraverso otto anni di ricerca e sviluppo, Y-Warm è un materiale isolante termico flessibile caratterizzato da una struttura a celle chiuse su scala nanometrica. Affrontando l’isolamento termico a partire dalla struttura del materiale e dall’efficienza con cui limita il trasferimento di calore, Y-Warm apre una nuova strada verso soluzioni isolanti più sostenibili e più efficienti nell’uso delle risorse.
I. Un salto nelle prestazioni: dall’isolamento basato sullo spessore all’isolamento basato sull’efficienza
Per gran parte della storia dell’isolamento termico, i materiali convenzionali hanno fatto affidamento sullo spessore e sulla capacità di mantenere una struttura soffice e voluminosa per trattenere aria immobile e ridurre il trasferimento di calore. La coltivazione del cotone risale a migliaia di anni fa, mentre i materiali isolanti sintetici sono comparsi molto più tardi, con lo sviluppo delle moderne tecnologie dei polimeri. Nonostante i notevoli progressi nei materiali e nei processi produttivi, il principio alla base di molte soluzioni isolanti convenzionali è rimasto sostanzialmente invariato: creare un volume sufficiente a trattenere strati di aria immobile.
Il compromesso è evidente: per migliorare le prestazioni isolanti occorre spesso aumentare la quantità di materiale, lo spessore, il volume o il peso.
Y-Warm propone un approccio diverso.
La microscopia elettronica a scansione (SEM) rivela all’interno del materiale una struttura a celle chiuse simile a un nido d’ape, con pareti cellulari di spessore pari a circa 20–280 nanometri, pori di diametro pari a circa 30–190 micrometri, una percentuale di celle chiuse superiore al 95% e una porosità effettiva superiore al 96%.
Nei materiali isolanti porosi, limitare il movimento del gas all’interno dei pori è un meccanismo importante per contenere il trasferimento di calore. L’elevata percentuale di celle chiuse di Y-Warm contribuisce a limitare la convezione dell’aria al suo interno, mentre le pareti cellulari estremamente sottili riducono il trasferimento di calore attraverso la fase solida. Queste caratteristiche strutturali contribuiscono, nel loro insieme, a una conducibilità termica che può scendere fino a circa 0,020 W/(m·K), collocando Y-Warm tra i materiali isolanti termici ad alta efficienza.
I vantaggi emergono in particolare nelle applicazioni pratiche. Nella versione YW-01, con uno spessore di soli 0,7 millimetri, Y-Warm può aumentare di circa 10 °C la temperatura percepita quando si indossa il capo, in condizioni di prova specificate. In prove comparative sulle calzature condotte da terze parti, Y-Warm ha raggiunto prestazioni di isolamento termico paragonabili a quelle di noti materiali isolanti convenzionali, con un peso e uno spessore pari a circa un quarto di quelli dei materiali di confronto.
Questo risultato introduce un cambiamento nel modo di valutare l’efficienza dell’isolamento termico: dall’attenzione tradizionalmente rivolta a grammatura, spessore e capacità di mantenere volume, a una maggiore considerazione delle prestazioni termiche intrinseche del materiale.
II. Ridurre il consumo di risorse e le emissioni di carbonio: meno materiale, minore impatto potenziale
L’impronta ambientale di un materiale è strettamente legata alla quantità necessaria per svolgere una determinata funzione. Se è possibile ottenere prestazioni isolanti equivalenti con meno materiale, si aprono opportunità per ridurre il consumo di risorse lungo il ciclo di vita del prodotto.
Nelle applicazioni in cui Y-Warm può offrire prestazioni isolanti comparabili con un peso e uno spessore pari a circa un quarto di quelli dei materiali convenzionali, il consumo di materiale può potenzialmente ridursi fino al 75%.
Questa riduzione avviene alla fonte, anziché dipendere esclusivamente dal riciclo a fine vita. Utilizzare meno materiale può ridurre la domanda di materie prime e può anche diminuire il fabbisogno energetico e le emissioni associate all’estrazione, al trasporto, alla lavorazione, alla produzione e alla logistica a valle.
Per un settore dell’isolamento che ha tradizionalmente fatto ampio affidamento sul volume e sullo spessore dei materiali, il passaggio da «più materiale» a «maggiore efficienza» offre un’ulteriore possibilità di ridurre le emissioni di carbonio.
Anche sul piano produttivo, Y-Warm segue un percorso diverso da quello degli aerogel convenzionali. Gli aerogel vengono generalmente realizzati mediante un processo sol-gel seguito da specifici processi di essiccazione, mentre Y-Warm viene prodotto attraverso un processo di polimerizzazione in un sistema acquoso. Questo approccio produttivo offre la possibilità di ridurre l’impiego e il rilascio di solventi organici volatili durante la produzione.
Il principio è semplice: ove possibile, l’impatto ambientale dovrebbe essere ridotto già nella progettazione del processo, anziché intervenire soltanto dopo la generazione di inquinanti o emissioni.
III. Un materiale, molteplici applicazioni: efficienza di sistema grazie a una base tecnologica versatile
Il settore dell’isolamento termico si è tradizionalmente affidato a sistemi di materiali specifici per ciascuna applicazione. Nell’abbigliamento si utilizzano comunemente piumino e imbottiture isolanti in fibre sintetiche; nell’edilizia, materiali come la lana minerale e il polistirene espanso; nelle tubazioni industriali si possono impiegare materassini in aerogel e altri sistemi isolanti specializzati; le attrezzature per attività all’aperto utilizzano invece diversi materiali fibrosi e cellulari.
Di conseguenza, i singoli settori sviluppano spesso sistemi di materiali, metodi di lavorazione, impianti produttivi, programmi di ricerca e sviluppo e filiere di approvvigionamento propri.
Y-Warm è progettato per operare in un intervallo di temperatura compreso indicativamente tra −50 °C e 150 °C e presenta potenziali applicazioni in oltre 20 settori, tra cui abbigliamento, calzature, tende da campeggio, articoli per il letto, industria automobilistica, edilizia e altri ambiti dell’isolamento termico. Sono stati inoltre concessi brevetti internazionali a tutela della sua tecnologia di base.
Dal punto di vista industriale, utilizzare lo stesso materiale come base comune per molteplici applicazioni può generare benefici più ampi in termini di efficienza. Può consentire di ripartire gli investimenti in ricerca e sviluppo su una gamma più vasta di prodotti, semplificare l’insieme dei materiali impiegati, ridurre la dipendenza da soluzioni isolanti altamente specializzate e migliorare la flessibilità della filiera.
Il valore di un materiale utilizzabile come piattaforma tecnologica comune va quindi oltre il singolo indicatore prestazionale. La sua rilevanza più ampia risiede nella possibilità di migliorare l’efficienza complessiva di diversi settori e applicazioni.
IV. Logistica e stoccaggio: l’effetto moltiplicatore dell’alleggerimento
Con una massa per unità di superficie, o grammatura, di circa 38–70 g/m², a seconda della versione, Y-Warm può generare benefici anche nelle fasi successive della filiera grazie alla riduzione del peso.
Nelle filiere globali, il trasporto e lo stoccaggio rappresentano voci importanti sia in termini di costo sia di impatto ambientale. Ridurre il peso e il volume dei materiali necessari per ottenere un determinato livello di isolamento termico può quindi produrre benefici che vanno oltre il materiale stesso. L’alleggerimento, in questo senso, non è soltanto un vantaggio prestazionale del prodotto: i suoi effetti possono estendersi lungo l’intera filiera, dal trasporto e dallo stoccaggio fino alla lavorazione e all’assemblaggio finale.
Logistica: un peso e un volume inferiori possono migliorare l’efficienza del trasporto e potenzialmente ridurre i consumi energetici e le emissioni di carbonio associate, a parità di prestazione isolante.
Stoccaggio: materiali più compatti richiedono meno spazio, favorendo un migliore utilizzo del magazzino e una potenziale riduzione dei relativi costi operativi ed energetici.
Produzione: materie prime più leggere e sottili possono semplificare la movimentazione, ridurre l’ingombro sulle linee produttive e contribuire a una maggiore efficienza di fabbricazione.
V. Fine vita: ridurre alla fonte la quantità di rifiuti da gestire
L’impatto ambientale dei materiali isolanti non termina quando il prodotto lascia la fabbrica. Al termine della sua vita utile, anche la quantità e il volume dell’isolante incidono sulle esigenze di raccolta, trasporto, riciclo, incenerimento e smaltimento.
I prodotti isolanti tradizionali possono essere voluminosi e generare quantità considerevoli di rifiuti in termini di volume a fine vita. Ottenendo elevate prestazioni isolanti con meno materiale, Y-Warm ha il potenziale per ridurre la quantità e il volume degli isolanti destinati ai successivi sistemi di gestione dei rifiuti.
È lo stesso principio che attraversa l’intera proposta di sostenibilità del materiale: ridurre l’impatto ambientale diminuendo il fabbisogno di materiale alla fonte.
Conclusione: la sostenibilità attraverso il principio del «meno»
Dall’avvio del progetto nel 2013, passando per il completamento con successo dello sviluppo in laboratorio nel 2017, fino alla produzione su larga scala nel 2021, Y-Warm ha perseguito un obiettivo semplice ma importante: ottenere più isolamento termico con meno materiale.
Meno materie prime.
Meno peso.
Meno spessore.
Meno spazio di stoccaggio.
Meno rifiuti.
Quando una maggiore efficienza nell’uso dei materiali riduce sia l’impatto ambientale sia i costi operativi, la sostenibilità non deve più essere considerata soltanto una spesa aggiuntiva. Può invece diventare un risultato intrinseco di una migliore progettazione ingegneristica.
Da questa prospettiva, il valore di Y-Warm in termini di sostenibilità non consiste semplicemente nel rendere l’isolamento più sottile o più leggero, ma nel mostrare un principio più ampio per la riduzione delle emissioni di carbonio nell’industria:
Il materiale più efficace potrebbe, in definitiva, essere quello che ci permette di usarne meno.
