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Una nuova generazione di tecnologia utilizza il calore del sole per la produzione di acqua potabile.

Le tecnologie solari termiche potrebbero trattare l’acqua di mare e di falda per renderla potabile a un costo molto basso.

In un mondo sempre più caldo e affollato, l’acqua potabile sta diventando un bene prezioso. Due terzi della popolazione mondiale avrà problemi ad accedere all’acqua dolce entro il 2025 e rimuovere sale e contaminanti dagli oceani e dalle acque sotterranee è un modo per placare la sete dell’umanità.

I grandi impianti di desalinizzazione odierni costano milioni di dollari.

La maggior parte utilizza l’osmosi inversa, che forza l’acqua di mare attraverso delle membrane che bloccano il sale.

L’elettricità richiesta rappresenta fino alla metà delle spese di un impianto e il processo lascia dietro di sé una zuppa super salata e chimica che può danneggiare gli ecosistemi locali .

Tali strutture sono tipicamente alimentate da combustibili fossili che emettono carbonio; sono stati fatti sforzi (soprattutto in Medio Oriente, Asia e Africa) per utilizzare invece i pannelli solari, ma anche questo ha un costo e non risolve i rifiuti di scarto.

Quindi i ricercatori stanno cercando di utilizzare il calore del sole in modo più diretto per rimuovere il sale e altri contaminanti.

L’opzione più semplice è far evaporare l’acqua

L’opzione più semplice è far evaporare l’acqua, lasciando dietro di sé sali e sostanze chimiche, quindi condensare il vapore in acqua potabile.

Gli esseri umani hanno utilizzato molte versioni di questa tecnica, chiamata distillazione solare, per centinaia di anni.

Oggi gli ingegneri dell’Arabia Saudita pianificano di costruire un impianto con specchi giganti che concentrano la luce solare e l’acqua surriscaldata all’interno di una cupola di acciaio e vetro di oltre 50 metri di diametro.

Tuttavia, utilizzando nuovi materiali e progetti, i ricercatori stanno cercando di rendere il processo più economico, semplice e portatile abbastanza da rendere la desalinizzazione molto più accessibile in tutto il mondo.

Il bisogno di acqua potabile nei paesi in via di sviluppo è enorme, le tecnologie solari termiche dovrebbero consentire di ridurre il fabbisogno energetico della desalinizzazione, ma anche di farlo in luoghi remoti dove si è completamente isolati.

afferma Naomi Halas, ingegnere elettrico e informatico presso la Rice University.

Il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti annuncerà presto i semifinalisti per il suo premio per la desalinizzazione solare .

L’obiettivo è un sistema che produca 1.000 litri di acqua potabile per 1,50 dollari.

Nessuna tecnologia oggi è in grado di gestire acqua ad alta salinità a questi costi

afferma Qilin Li, ingegnere civile e ambientale della Rice.

Tali sistemi potrebbero superare un grande svantaggio dell’osmosi inversa: in genere desalina solo la metà dell’acqua salata in ingresso e la soluzione rimasta alla fine accumula abbastanza sale da ostruire la membrana

afferma Craig Turchi del National Renewable Energy Laboratory (NREL) del DOE.

Questo sottoprodotto nocivo, chiamato salamoia, viene tipicamente scaricato nell’oceano o iniettato sottoterra.

I sistemi di desalinizzazione solare-termica possono purificare l’acqua con concentrazioni saline almeno due volte quella dell’acqua di mare. Ciò includerebbe salamoie provenienti da impianti di osmosi inversa e acque sotterranee salmastre provenienti da luoghi come il sud-ovest degli Stati Uniti, nonché alcuni rifiuti industriali e agricoli che l’osmosi inversa non è in grado di gestire

afferma il portavoce del NREL Meghan Hughes.

La desalinizzazione solare

Li, Halas ei loro colleghi hanno costruito un dispositivo di desalinizzazione solare con una membrana di plastica porosa che lascia passare il vapore acqueo ma non il liquido.

Un lato è ricoperto da minuscole particelle di carbonio che si riscaldano al sole, vaporizzando l’acqua salata quando viene a contatto con loro. Questo vapore passa e si condensa come acqua potabile sull’altro lato della membrana.

Il gruppo di Halas ha recentemente aumentato l’efficienza del sistema del 50 percento utilizzando lenti di plastica per concentrare la luce solare sulla membrana, producendo più calore.

I calcoli del team mostrano che il raggiungimento dell’obiettivo di costo del DOE, con un dispositivo di dimensioni di un metro quadrato che produce fino a 20 litri di acqua potabile all’ora, dovrebbe essere possibile in pochi anni.

Siamo allo stadio Ford Model T, non ancora allo stadio Mustang

dice Halas.

Il gruppo dell’ingegnere civile e ambientale David Jassby presso l’Università della California, Los Angeles, ha integrato materiali termoconduttori nella membrana in una configurazione simile.

Al di sotto, i ricercatori hanno aggiunto una sottile rete di alluminio che si riscalda alla luce del sole.

Quindi puoi arrotolare la membrana in moduli a spirale perché non devi avere grandi superfici esposte direttamente al sole.

Nei test sui tetti, il dispositivo ha prodotto otto litri di acqua potabile per metro quadrato di membrana in un’ora.

Convertire più calore solare in vapore

Tali sistemi potrebbero prestarsi a unità compatte adatte a villaggi fuori rete in Asia e Africa, comunità con acque sotterranee salmastre e usi di emergenza quasi ovunque.

Ma dovranno accelerare il passo e convertire più calore solare in vapore, afferma Lenan Zhang, uno studente laureato in laboratorio di ingegneria meccanica Evelyn Wang presso il Massachusetts Institute of Technology.

Il team di Wang aumenta l’efficienza del suo dispositivo “riutilizzando l’energia più e più volte“, afferma Zhang.

Comprende 10 fasi, ciascuna con un telaio in nylon che sostiene uno strato assorbente solare nero, un tovagliolo di carta e una pellicola di alluminio.

Quando viene riscaldato, lo strato nero fa evaporare l’acqua salata mentre si trasporta nel tovagliolo di carta e il vapore si condensa sull’alluminio.

La condensa rilascia calore, che sale al successivo strato di carta assorbente e favorisce l’evaporazione invece di perdersi.

Con $ 100 produce quasi sei litri l’ora in laboratorio e circa la metà all’aperto; con materiali e stadi più sofisticati, dice Zhang, l’efficienza potrebbe essere raddoppiata.

La radiazione solare

Un altro approccio intrigante sfrutta l’umidificazione facendo passare l’aria attraverso uno spruzzo di acqua salata.

L’aria assorbe l’acqua e lascia i sali solidi

afferma Bahman Abbasi, ingegnere meccanico della Oregon State University.

Il suo sistema utilizza la radiazione solare per riscaldare, comprimere ed espellere una miscela di acqua salata e aria attraverso gli ugelli ad alta velocità, creando così un vortice che spinge i sali e altri solidi nelle pareti del dispositivo mentre l’aria umidificata sale per la raccolta e la condensa.

Abbasi afferma che il dispositivo delle dimensioni di uno zaino può potabilizzare l’acqua con una salinità fino a tre volte superiore a quella dell’acqua di mare e produrre circa 20 litri all’ora.

Tutte queste tecnologie relativamente a basso costo potrebbero sbloccare nuovi mercati per idropulitrici portatili o usi off-grid.

Alla fine potrebbero portare a sistemi solari termici su larga scala per fornire acqua potabile alle città.

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