Raffreddamento ad alta efficienza energetica grazie al vento ionico

I data center consumano grandi quantità di energia, di cui circa il 40% solo per il raffreddamento dei microprocessori. I nuovi metodi di raffreddamento che utilizzano il vento ionico potrebbero ridurre drasticamente il consumo energetico. Questi metodi utilizzano campi elettrostatici per convertire la corrente elettrica in un flusso d'aria in modo diretto ed efficiente. Le basse velocità del flusso d'aria generato hanno finora impedito un uso diffuso. Ora lo spin-off dell'Empa "Ionic Wind Technologies" ha raggiunto una svolta: Il loro amplificatore di flusso d'aria accelera - grazie a nuovi elettrodi combinati con una forma dell'involucro ottimizzata per il flusso - il vento ionico molto più fortemente di prima. Se, ad esempio, i ventilatori convenzionali nei data centre venissero sostituiti dalla loro tecnologia brevettata, si potrebbe risparmiare fino al 60% dell'energia di raffreddamento.

Amplificatore brevettato

"Acceleriamo l'aria direttamente caricandola elettricamente. Poiché la corrente elettrica viene convertita direttamente in un flusso d'aria, si eliminano i passaggi intermedi, rumorosi e dispendiosi, attraverso un motore, un rotore o una pala del ventilatore", spiega Donato Rubinetti, fondatore dello spin-off, illustrando il principio di base del vento ionico. Questo principio è già stato utilizzato con successo in un processo di essiccazione non termica della frutta sviluppato all'Empa. Nell'ambito di un progetto Innosuisse, la tecnologia è stata ulteriormente sviluppata in modo da poter più che triplicare il flusso d'aria.

Il cuore dell'amplificatore del flusso d'aria brevettato per il vento ionico è costituito dai cosiddetti elettrodi ad ago. Questi generano vento ionico in modo molto più efficiente rispetto ai fili utilizzati in precedenza. Ma non è tutto: le punte degli aghi sono installate in un alloggiamento che sfrutta l'effetto Coandă. Questo principio fluidico è utilizzato anche nelle ali degli aerei o nei ventilatori Dyson: sfrutta le differenze di pressione locali per moltiplicare il volume dei flussi d'aria. "In combinazione, queste due innovazioni rappresentano un enorme passo avanti e si fondono per formare il cosiddetto "Amplificatore ionico del vento", che apre campi di applicazione completamente nuovi con prestazioni significativamente migliori", afferma Rubinetti.

Portato all'estremo

In precedenza, come elettrodi ad ago per il vento ionico venivano utilizzati solo prodotti standard non modificati, come i chiodi da costruzione. "Le nostre punte ad ago personalizzate raggiungono una velocità del flusso d'aria fino a due volte superiore rispetto agli elettrodi convenzionali, e persino con meno energia", spiega Donato Rubinetti. "Una punta non è infinitamente appuntita, ma ha comunque una curva all'estremità. Questo gioca un ruolo estremamente importante nelle prestazioni degli elettrodi ad ago". Inizialmente, l'amplificatore di corrente d'aria era stato simulato con dei fili. Tuttavia, questi reagivano in laboratorio in modo diverso rispetto a quanto calcolato al computer, così il team di Rubinetti è passato alle punte ad ago.

Una soluzione inaspettatamente perfetta per lo spin-off dell'Empa: questo tipo di elettrodi non solo genera un'asimmetria molto forte nel campo elettrostatico, che dirige il flusso d'aria e quindi lo amplifica; le punte possono anche essere alloggiate in modo molto più compatto negli alloggiamenti rispetto ai fili. "Da questo momento in poi si è trattato di ottimizzare sistematicamente le punte", ricorda il fondatore dello spin-off. Tuttavia, la produzione di punte per aghi personalizzate è stata tutt'altro che semplice. Ha ricevuto consigli e supporto dagli specialisti dell'officina dell'Empa di San Gallo, che hanno anche prodotto le punte di tungsteno per gli esperimenti e suggerito modi per ridurre i costi. "Per noi, come start-up, è importante poter produrre in futuro punte con proprietà identiche in grandi quantità e a basso costo", spiega Rubinetti.

Risparmio energetico di oltre la metà

Secondo Donato Rubinetti, la tecnologia sviluppata è adatta alle industrie che si basano su sistemi di raffreddamento, processi di essiccazione e purificazione dell'aria. "Vedo il potenziale ovunque sia necessario spostare l'aria con una piccola differenza di pressione. In futuro, però, soprattutto nel raffreddamento di computer, server o data center". Il brevetto "Ionic Wind Amplifier" non ha nulla da nascondere rispetto ai dispositivi convenzionali, anzi: i flussi d'aria possono essere movimentati in modo fino al 60% più efficiente. E, a seconda dell'applicazione, è possibile risparmiare ancora più energia: Soprattutto nell'essiccazione degli alimenti, si ottiene un ulteriore guadagno di efficienza a livello di processo, poiché non sono più necessari gli elementi riscaldanti.

Ionic Wind Technologies ha già ricevuto il premio "Startfeld Rohdiamanten" dalla Banca Cantonale di San Gallo per la migliore idea imprenditoriale. Inoltre, il programma privato di finanziamento degli spin-off "Venture Kick" e la Gebert Rüf Stiftung stanno fornendo allo spin-off dell'Empa un sostegno finanziario nell'ambito del programma InnoBooster per portare il prodotto alla maturità del mercato. "Produciamo noi stessi gli amplificatori di flusso d'aria e vogliamo vendere i componenti in futuro. Tuttavia, poiché abbiamo brevetti e altre idee, in futuro potrebbe essere ipotizzabile anche un modello di licenza", afferma Donato Rubinetti, che attualmente è finanziato anche dal Fondo Nazionale Svizzero per la Ricerca Scientifica (FNS) e da Innosuisse come "BRIDGE Fellow" e sta portando avanti la sua idea all'Empa. "Non sarà facile, ma stiamo risolvendo problemi importanti, il che ci motiva ad andare avanti".