Soluzioni solari alla ricerca di acqua dolce potabile o da utilizzare per l’agricoltura.
di Lisa Ovi
La dissalazione, un processo che trasforma l’acqua di mare in acqua dolce, sta divenendo essenziale alla necessità di fornire acqua potabile e per l’irrigazione dove l’acqua dolce è scarsa. Finora, si è trattato di un processo ad alta intensità energetica, condotto in grandi impianti industriali. Sempre più si prospetta la necessità di installare piccole unità di dissalazione a energia solare al servizio di piccole comunità.
I grandi impianti idrici industriali si riveleranno essenziali alla vita del 21° secolo, ma non sono attualmente in grado di raggiungere comunità in luoghi remoti o comunità costiere colpite da catastrofi che influenzano l’approvvigionamento di acqua dolce. Un gruppo di ricerca inglese (University of Bath) ed uno americano (MIT), hanno sviluppato delle proposte alimentate a luce solare.
La proposta dei ricercatori della University of Bath potrebbe risultare operabile in unità mobili. I risultati della ricerca, diretta da Frank Marken, professore del dipartimento di chimica, e da Budi Riza Putra, dottorando della University of Bath, è stata pubblicata da Desalination.
Il processo sarebbe a basso costo, bassi consumi e bassa manutenzione. Sviluppato in collaborazione con la Bogor Agricultural University in Indonesia e l’Università di Johannesburg, il prototipo dell’unità di dissalazione è un sistema stampato in 3D con due camere interne progettate per estrarre e/o accumulare sale. Una volta attivato il sistema, cationi salini (ioni caricati positivamente) e anioni salini (ioni caricati negativamente) scorrono tra le camere attraverso matrici di micro-fori in una sottile membrana sintetica. Il flusso può avvenire solo in una direzione grazie a un meccanismo paragonabile a tecnologie utilizzate nei telefoni cellulari.
Come risultato di questo flusso unidirezionale, l’acqua di mare viene ripulita dal sale. Il metodo è diametralmente opposto alle tecniche di desalinizzazione tradizionali, dove l’acqua viene fatta passare attraverso una membrana grazie all’applicazione di una forte pressione. I processi tradizionali, tra l’altro, rimuovono solo i sali. Il processo proposto dai ricercatori sostituisce pompe e interruttori esterni con microscopici processi all’interno della membrana a imitazione delle funzioni di una membrana biologica. Il nuovo processo, inoltre, minimizza gli sprechi permettendo di recuperare i sali estratti dall’acqua marina.
I ricercatori stanno ora cercando di individuare materiali porosi migliori per pompare ioni. Vogliono ottimizzare lo spessore della membrana, il numero ed il diametro dei pori del materiale. Per fare ciò, hanno rivolto l’attenzione ai materiali biologici. Grazie alla collaborazione con la dott.ssa Katarzyna Szot-Karpinska della Polish Academy of Sciences di Varsavia, ritengono di essere i primi ricercatori a utilizzare con successo virus batteriofagi nella creazione di un filtro in grado di separare il sale dall’acqua. Il processo deve essere ancora perfezionato.
La proposta dei ricercatori del MIT è un sistema di desalinizzazione completamente passivo, a energia solare, che potrebbe fornire oltre 5,78 litri di acqua potabile fresca all’ora per ogni metro quadro di impianto solare. Si tratterebbe di una fonte d’acqua efficiente ed a basso costo.
Il sistema utilizza più strati di evaporatori e condensatori solari piatti, allineati in un array verticale e sormontati da un isolamento in aerogel trasparente. La ricerca, condotta in collaborazione con la Shanghai Jiao Tong University in Cina, è stata diretta da Evelyn Wang, professoressa di ingegneria meccanica del MIT, e dagli studenti dottorandi Lenan Zhang, Lin Zhao e Zhenyuan Xu. I risultati sono stati pubblicati da Energy & Environmental Science.
Chiave dell’efficienza del sistema è come utilizza ciascuna delle fasi multiple per dissalare l’acqua. Ad ogni fase, il calore rilasciato dalla fase precedente, invece di venire dispero, viene sfruttato per portare avanti il processo. In questo modo, il prototipo dimostrativo dei ricercatori raggiunge un’efficienza complessiva del 385 percento nel convertire l’energia solare in energia derivata dall’evaporazione dell’acqua.
Il dispositivo è essenzialmente un distillatore solare multistrato, dotato di una serie di componenti evaporanti e condensanti simili a quelli utilizzati per distillare il liquore. Utilizza pannelli piatti per assorbire il calore e quindi trasferirlo ad uno strato d’acqua in modo che inizi a evaporare. Il vapore così ottenuto si condensa sul pannello successivo. L’acqua viene raccolta, mentre il calore prodotto dalla condensazione del vapore viene trasferito allo strato successivo.
L’aggiunta di strati aumenta l’efficienza della produzione di acqua potabile, ma ciascuno strato rende il sistema più costoso e ingombrante. Il prototipo testato dai ricercatori è un sistema a 10 stadi, costruito sul tetto di un edificio del MIT. Il sistema ha prodotto acqua più pura di quanto richiesto dagli standard per l’acqua potabile della città. I ricercatori pianificano continueranno gli esperimenti per ottimizzare la scelta dei materiali e delle configurazioni e testare la durabilità del sistema in condizioni realistiche.
La speranza è che questi dispositivi possano svolgere un ruolo nell’alleviare la scarsità d’acqua in parti del mondo in via di sviluppo in cui l’elettricità affidabile è scarsa, ma abbondano acqua di mare e luce solare.
(lo)
