Negli ultimi anni la siccità ha fatto notizia in tutto il mondo, dalla crisi idrica della California alla grave carenza idrica di Cape Town, e la ricerca suggerisce che il 25 percento del globo potrebbe alla fine essere lasciato nella siccità permanente a causa dei cambiamenti climatici. E se potessi semplicemente estrarre l'acqua dall'aria?
Questa è la premessa di una nuova tecnologia sviluppata dall'Università della California, i ricercatori di Berkeley. È un raccoglitore di acqua che può estrarre l'acqua dall'aria, anche in climi estremamente secchi, non usando energia diversa dalla luce solare ambientale.
La chiave per la raccolta dell'acqua è una nuova classe di materiali chiamati strutture metallo-organiche (MOF). Questi MOF sono materiali solidi ma porosi con enormi superfici: un MOF delle dimensioni di un cubo di zucchero può avere una superficie interna grande quanto molti campi da calcio. Ciò significa che possono assorbire gas e liquidi e quindi rilasciarli rapidamente quando viene aggiunto calore.
"Alcuni MOF, come abbiamo mostrato qui, hanno una straordinaria capacità di aspirare il vapore acqueo dall'atmosfera, ma allo stesso tempo non trattenere troppo strettamente le molecole d'acqua all'interno dei loro pori in modo che sia facile estrarre l'acqua, "Afferma Omar Yaghi, professore di chimica a Berkeley, che ha guidato la ricerca.
I ricercatori hanno testato la mietitrice a Scottsdale, in Arizona, una città deserta con un'alta umidità del 40% durante la notte e dell'8% durante il giorno. Sulla base degli studi condotti utilizzando un MOF a base di zironio, i ricercatori ritengono che la mietitrice alla fine potrebbe estrarre circa 3 once di acqua per chilo di MOF al giorno.
La mietitrice stessa è una scatola dentro una scatola. La scatola interna contiene un letto di MOF. La scatola esterna è un cubo di plastica trasparente da due piedi. Di notte, i ricercatori hanno lasciato la parte superiore della scatola esterna per consentire all'aria di fluire oltre i MOF. Durante il giorno, rimettevano la parte superiore in modo che la scatola fosse riscaldata dal sole. Il calore estrarrebbe l'acqua dai MOF, dove si condenserebbe sulle pareti interne del cubo di plastica prima di gocciolare sul fondo, dove potrebbe essere raccolto.
"L'aspetto più importante di questa tecnologia è che è completamente passivo di energia", afferma Eugene Kapustin, uno studente laureato Berkeley che ha lavorato alla ricerca.
Vale a dire, non ha bisogno di energia oltre al sole, rendendolo ecologico e accessibile alle persone in luoghi con elettricità limitata. I risultati delle prove sono stati pubblicati all'inizio di questo mese sulla rivista Science Advances .
Il team deve condurre ulteriori prove sui modelli attuali per capire quali fattori, come le dimensioni del dispositivo e la posizione del MOF all'interno del dispositivo, influenzano maggiormente la quantità di acqua che può essere raccolta. Sperano anche di saperne di più su come specifiche condizioni climatiche influenzano la resa idrica. La prossima prova è prevista per la fine dell'estate nella Death Valley, dove l'umidità notturna può arrivare fino al 25 percento.
Immagine al microscopio di cristalli di un MOF (UC Berkeley) Yaghi ha anche sviluppato un nuovo MOF a base di alluminio che, secondo lui, è 150 volte più economico e può catturare il doppio dell'acqua rispetto agli attuali MOF. Lui e il suo team stanno progettando una nuova mietitrice d'acqua che attira attivamente l'aria nei MOF ad alta velocità, offrendo così un volume d'acqua molto maggiore.
Il team sta ora collaborando con l'industria per testare le mietitrici su scala industriale. Continuano anche a cercare MOF più nuovi, migliori ed economici.
"Sono molto felice di vedere che sempre più ricercatori in tutto il mondo stanno unendo i nostri sforzi in tal senso", afferma Yaghi.
L'idea di risucchiare l'acqua dall'atmosfera non è nuova, afferma Eric Hoek, professore di ingegneria all'Università della California, a Los Angeles e direttore della rivista npj Clean Water . È stato a lungo notato che quando si esegue un condizionatore d'aria, l'acqua gocciola fuori - questo perché la macchina sta raffreddando l'aria fino al punto di rugiada, la temperatura alla quale l'aria è satura di vapore acqueo e si verifica la condensa.
Ma creare raccoglitori d'acqua basati sulla tecnologia di raffreddamento è incredibilmente energico. In climi molto secchi, il punto di rugiada è inferiore a zero. Non è possibile raffreddare l'aria a quella temperatura su larga scala.
"La vera innovazione [della ricerca di Yaghi] è un'innovazione dei materiali", afferma Hoek. "Questi materiali [i MOF] estraggono l'acqua e la cedono più facilmente."
Ma il concetto è difficile da scalare, avverte Hoek, poiché la quantità di acqua prodotta per pollice quadrato della mietitrice è relativamente bassa, e quindi una grande mietitrice occuperebbe potenzialmente un'enorme quantità di terra.
"Ma forse per una famiglia o un villaggio potrebbe essere un modo molto interessante per qualcuno fuori dalla rete per ottenere acqua fresca", dice Hoek.
Yaghi lo immagina esattamente: un futuro in cui tutti, senza un facile accesso all'acqua dolce, hanno una mietitrice nel loro cortile.
"La mia visione è quella di ottenere" acqua personalizzata ", in cui le persone nelle regioni stressate dall'acqua abbiano a casa un dispositivo funzionante a energia solare ambientale, fornendo l'acqua che soddisfi i bisogni fondamentali degli individui", afferma. “Più di un terzo della popolazione nel mondo vive in regioni stressate dall'acqua o soffre di mancanza di acqua pulita. Le potenziali implicazioni di questa tecnologia nel trasformare la vita delle persone e nel migliorare le condizioni di salute pubblica globale sono enormi. "
