Come ottenere acqua potabile dall'aria


    Quando parliamo di sfide future, la più grande tra tutte sarà forse la carenza d’acqua potabile. Su un pianeta che si sta riscaldando sempre più avremo una grande quantità di acqua di mare e sempre meno acqua potabile, non abbastanza per tutti.

     

    Per ottenere l’acqua potabile la ricerca scientifica si è concentrata proprio sui metodi per la desalinizzazione dell’acqua di mare (esistono diversi metodi che utilizzano l’energia termica, l’energia elettrica e la pressione) ma recentemente un gruppo di ricercatori USA sembra aver trovato un’altra soluzione, un dispositivo in grado cioè di estrarre acqua dall’aria persino nel bel mezzo del deserto. Tutto ciò che serve per alimentare tale dispositivo è l’energia solare.

    Il dispositivo è stato chiamato “solar-powered harvester” ed è stato sviluppato da un team congiunto del MIT e dell’Università della California, Berkeley utilizzando uno speciale tipo di materiale conosciuto come reticolo metallorganico [metal-organic framework (MOF)].

    Il dispositivo di test (vedere immagine 1) è stato installato sul tetto del MIT nel 2017 ed ha fatto registrare risultati molto interessanti.

    Il dispositivo costruito al MIT con i reticoli metallorganici realizzati dall’Università della California, Berkeley. Credit: foto del MIT proveniente dal laboratorio di Evelyn Wang.Immagine 1 - Il dispositivo costruito al MIT con i reticoli metallorganici realizzati dall’Università della California, Berkeley. Utilizzando solo la luce solare, il dispositivo è in grado di raccogliere, partendo da aria con una concentrazione bassa di umidità, diversi litri di acqua su un periodo di 12 ore. Credit: foto del MIT proveniente dal laboratorio di Evelyn Wang.

    I primi test effettuati sul campo sono stati condotti nel deserto dell’Arizona, i ricercatori hanno mostrato che il dispositivo è in grado di raccogliere acqua potabile.

     

    «Non c’è nulla di simile» scrive Omar Yaghi professore di chimica dell’Università della California, Berkeley che ha ideato la tecnologia alla base del dispositivo. «Funziona a temperatura ambiente con luce solare naturale e senza dover fornire energia supplementare è possibile raccogliere l'acqua nel deserto. Questo viaggio dal laboratorio al deserto ci ha permesso di prendere un fenomeno interessante come la “raccolta dell'acqua” e trasformarlo in realtà.»

     

    L’esperimento è stato condotto nella zona di Scottsdale, Arizona: durante la notte il valore dell’umidità relativa è stato del 40% mentre durante il giorno tale valore si è attestato all’8%.

    I risultati hanno mostrato che il concentratore potrebbe facilmente essere utilizzato su larga scala semplicemente aggiungendo un quantitativo maggiore di MOF, il materiale che di fatto assorbe l’acqua.

    I limiti dei reticoli metallorganici: costo elevato ed efficienza da migliorare

    Attualmente il reticolo metallorganico utilizzato dai ricercatori (MOF-801) è realizzato utilizzando lo zirconio (un metallo molto costoso) ed è in grado di raccogliere 200 ml di acqua per chilogrammo.

     

    Il prof. Yaghi ha realizzato un nuovo reticolo metallorganico chiamato MOF-303 utilizzando l’alluminio come elemento base. Tale materiale non solo è 303 volte più economico del reticolo metallorganico basato sullo zirconio (MOF-801) ma durante gli esperimenti (questa volta effettuati in laboratorio) si è dimostrato capace di raccogliere il doppio dell’acqua.

     

    Ciò significa che tali dispositivi per “raccogliere” l’acqua dall’aria con il nuovo materiale potrebbero produrre più di 3 bicchieri d’acqua al giorno, circa la metà dell’acqua che un essere umano ha bisogno quotidianamente.

    «Si è creato un enorme interesse per la commercializzazione del nostro dispositivo, ci sono diverse startup già impegnate nello sviluppo di un dispositivo commerciale per la “raccolta” dell’acqua» scrive Yaghi.

    «Il MOF basato sull’alluminio sta rendendo concreta la produzione di acqua tramite questi dispositivi poiché è poco costoso.» aggiunge Yaghi.

    Yaghi ha lavorato alla realizzazione del primo MOF più di vent’anni fa.

    La differenza tra un normale foglio metallico e un reticolo metallorganico

    A differenza dei normali fogli metallici i reticoli metallorganici sono delle strutture in cui i metalli come ad esempio il magnesio o l’alluminio vengono combinati con molecole organiche in una disposizione che forma strutture rigide e porose, ideali per immagazzinare gas o liquidi. Dal primo modello di reticolo metallorganico (correva l’anno 1999) ad oggi i ricercatori in tutto il mondo hanno realizzato più di 20000 tipi differenti di MOF, tali materiali vengono attualmente utilizzati per immagazzinare la CO2 e gas come l’idrogeno o il metano.

     

    Immagine 2 - Struttura chimica in 3 dimensioni del reticolo metallorganico a base di Zirconio. Credits: University of California, Berkeley.Immagine 2 - Struttura chimica in 3 dimensioni del reticolo metallorganico a base di Zirconio. Credits: University of California, Berkeley.

     

    Come funziona il dispositivo?


     

    Mentre l'aria ambiente si diffonde attraverso i cristalli MOF, le molecole d'acqua aderiscono alle superfici interne. Lo studio del sistema tramite la diffrazione dei raggi X ha indicato che le molecole del vapore acqueo si riuniscono spesso in gruppi da otto formando dei cubi.

    La luce solare quindi riscalda il MOF e spinge le molecole d’acqua verso il condensatore, quest’ultimo si trova alla stessa temperatura dell'aria esterna (l’aria ambiente). Questo vapore quindi condensa sotto forma di acqua liquida e gocciola all’interno di un collettore fornendo così acqua potabile pulita.

    Il team di ricercatori sta continuando a migliorare il dispositivo. La speranza è di vedere questa tecnologia migliorare ulteriormente al fine di essere commercializzata. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Science Advances.



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