Una nuova spugna trasforma l’acqua di mare in potabile

L’innovativo materiale aerogel ispirato a una spugna: sfrutta il sole per produrre acqua dolce senza energia elettrica

L’acqua copre circa il 70% della superficie terrestre, ma la maggior parte si trova negli oceani ed è troppo salata per essere bevuta. Gli impianti di desalinizzazione esistono, ma richiedono enormi quantità di energia. Per rispondere a questa sfida globale, un gruppo di ricercatori ha sviluppato un innovativo materiale spugnoso capace di trasformare l’acqua salata in potabile utilizzando esclusivamente la luce del sole e un semplice rivestimento in plastica trasparente. Lo studio, pubblicato su ACS Energy Letters, descrive un sistema che funziona all’aperto e che, grazie a una configurazione semplice, è in grado di generare acqua dolce senza consumare energia elettrica.

Il principio alla base è tanto semplice quanto efficace: sfruttare l’evaporazione indotta dal calore solare per separare l’acqua dal sale. Per farlo, i ricercatori hanno ideato una struttura porosa che permette al calore di concentrare l’evaporazione solo sull’acqua, lasciando indietro il sale. L’acqua vaporizzata si condensa poi su una copertura trasparente, scivolando lungo i bordi e finendo in un contenitore di raccolta. Un esperimento condotto all’esterno ha dimostrato l’efficacia del sistema: dopo sei ore di esposizione al sole, è stata prodotta una quantità di acqua potabile sufficiente per un utilizzo immediato, pari a circa tre cucchiai.

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Dalla luffa ai nuovi aerogel: evoluzione della desalinizzazione solare

Negli anni scorsi erano già stati sviluppati materiali spugnosi in grado di sfruttare il sole per la purificazione dell’acqua. Un esempio è rappresentato dai gel idrofili ispirati alla luffa, contenenti polimeri nei pori. Questi gel, quando riscaldati dalla luce solare, riuscivano a rilasciare rapidamente vapore acqueo pulito attraverso il processo di evaporazione.

Tuttavia, i gel sono materiali molli e ricchi d’acqua, mentre gli aerogel, composti più rigidi e con pori solidi, offrono un comportamento strutturale più adatto per applicazioni pratiche. Gli aerogel hanno infatti il vantaggio di trasportare liquido o vapore all’interno delle loro cavità, pur mantenendo una forma solida. Il problema principale, finora, era che la resa evaporativa degli aerogel diminuiva all’aumentare delle dimensioni del materiale, limitandone l’uso su scala ampia. Da qui l’esigenza di una soluzione più efficiente e scalabile.

Una struttura 3D per migliorare prestazioni e resa

Per risolvere il limite dimensionale degli aerogel, il gruppo guidato da Xi Shen ha progettato un materiale con pori verticali regolari. Hanno creato una pasta a base di nanotubi di carbonio e nanofibre di cellulosa, che è stata stampata in 3D su una superficie ghiacciata. Questo metodo ha permesso di solidificare ogni strato prima di sovrapporne un altro, dando origine a una struttura con fori uniformi di circa 20 micrometri distribuiti verticalmente lungo tutto il materiale.

Durante i test, sono stati utilizzati campioni quadrati di dimensioni comprese tra 1 e 8 centimetri. I risultati hanno evidenziato che, indipendentemente dalla dimensione, tutti i campioni mantenevano la stessa efficienza evaporativa. Questa scoperta è cruciale perché apre la strada alla possibilità di usare materiali più grandi senza comprometterne le prestazioni.

Test all’aperto e risultati promettenti

Nell’esperimento condotto all’aperto, i ricercatori hanno posto un blocco del materiale in una tazza contenente acqua di mare. Sopra di essa, una copertura curva trasparente ha permesso alla luce del sole di colpire la parte superiore della spugna, riscaldandola. Il calore ha indotto l’evaporazione dell’acqua, lasciando il sale sul fondo.

Il vapore generato si è condensato sulla superficie interna del coperchio in plastica, per poi defluire verso i bordi e gocciolare in un imbuto e infine in un contenitore. Il sistema ha funzionato in modo semplice e autonomo, senza pompe, elettricità né batterie, producendo circa 45 millilitri di acqua potabile dopo sei ore di esposizione solare diretta.

“Il nostro aerogel consente una desalinizzazione efficiente a qualsiasi dimensione”, ha spiegato Xi Shen. “Questo rappresenta una soluzione semplice e scalabile per ottenere acqua pulita senza consumo energetico”.

Potenziali applicazioni e sviluppi futuri

Il materiale sviluppato ha il potenziale per diventare un’innovazione di riferimento nei contesti off-grid, ovvero in tutte quelle zone dove non arriva l’energia elettrica ma dove l’acqua potabile è scarsa o inesistente. Si pensi, ad esempio, a villaggi remoti, campi profughi o aree colpite da disastri naturali. Inoltre, grazie alla sua semplicità di costruzione e all’uso di componenti a basso costo (come cellulosa e plastica trasparente), il sistema potrebbe essere facilmente replicato su larga scala, senza necessità di infrastrutture complesse. Se ulteriori test confermeranno l’efficacia del sistema anche in condizioni atmosferiche variabili, il passo verso la commercializzazione del dispositivo potrebbe non essere lontano.

Fonte:
ACS Energy Letters