Estrarre acqua potabile dall'aria secca: il sistema ad energia solare

Estrarre acqua potabile dall’aria secca: il sistema ad energia solare

         
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I ricercatori del MIT e altrove hanno aumentato significativamente la produzione di un sistema in grado di estrarre acqua potabile direttamente dall’aria anche nelle regioni aride. La cosa fondamentale consiste nel fatto che utilizza il calore del sole o di un’altra fonte. Il sistema, che si basa su un progetto sviluppato inizialmente tre anni fa al MIT da membri dello stesso team. Ciò potrebbe rappresentare una fonte d’acqua ideale per regioni remote con accesso limitato ad acqua ed elettricità. I risultati sono descritti oggi nella rivista Joule, in un articolo del professor Evelyn Wang, che è a capo del Dipartimento di ingegneria meccanica del MIT. Altri ricercatori dello studio sono la studentessa laureata Alina LaPotin e altri sei al MIT.

Il dispositivo precedente dimostrato da Wang e dai suoi collaboratori ha fornito una prova di concetto per il sistema, che sfrutta una differenza di temperatura all’interno del dispositivo per consentire a un materiale adsorbente – che raccoglie il liquido sulla sua superficie – di assorbire umidità dall’aria di notte e rilasciarlo il giorno successivo. Quando il materiale viene riscaldato dalla luce solare, la differenza di temperatura tra la parte superiore riscaldata e la parte inferiore ombreggiata fa sì che l’acqua venga rilasciata dal materiale adsorbente. L’acqua viene quindi condensata su un piatto di raccolta. Quel dispositivo, però, richiedeva l’utilizzo di materiali specifici detti MOF. I MOF sono strutture metalliche organiche costose e limitate nella fornitura.

Estrarre acqua potabile dall’aria secca: come funziona il sistema

Avendo dunque bisogno di materiali difficili da reperire la produzione non risultava sufficiente per l’utilizzo quotidiano. Ora, incorporando una seconda fase di desorbimento e condensazione e utilizzando un materiale adsorbente prontamente disponibile, l’output del dispositivo è stato notevolmente aumentato. Questo significa che può produrre molta più acqua potabile rispetto al primo impianto.

Invece dei MOF, il nuovo design utilizza un materiale adsorbente chiamato zeolite. Si tratta di un composto di alluminofosfato di ferro microporoso. Il materiale è ampiamente disponibile, stabile e ha le giuste proprietà adsorbenti per fornire un efficiente sistema di produzione dell’acqua basato solo sulle tipiche fluttuazioni della temperatura giorno-notte e sul riscaldamento con la luce solare.

Il design a due stadi sviluppato da LaPotin fa un uso intelligente del calore generato ogni volta che l’acqua cambia fase. Il calore del sole viene raccolto da una piastra di assorbimento solare nella parte superiore del sistema a scatola. Successivamente riscalda la zeolite, rilasciando l’umidità che il materiale ha catturato durante la notte. Quel vapore condensa su una piastra del collettore, un processo che rilascia anche calore. La piastra del collettore è una lastra di rame direttamente sopra e a contatto con il secondo strato di zeolite. Qui il calore di condensazione viene utilizzato per rilasciare il vapore da quello strato successivo. Le goccioline d’acqua raccolte da ciascuno dei due strati possono essere incanalate insieme in un serbatoio di raccolta.

Le differenze con il primo impianto

Nel processo, la produttività complessiva del sistema, in termini di litri potenziali al giorno per metro quadrato di area di raccolta solare (LMD), è approssimativamente raddoppiata rispetto alla versione precedente. La produzione dipende da alcuni fattori come le variazioni di temperatura locali, dal flusso solare e livelli di umidità. Nel prototipo iniziale del nuovo sistema, testato su un tetto al MIT prima delle restrizioni pandemiche, il dispositivo ha prodotto acqua a una velocità di diversi ordini di grandezza maggiore rispetto alla versione precedente, dice Wang.

Sistemi simili sono già utilizzati per la desalinizzazione. Tuttavia gli autori affermano che finora nessuno, probabilmente, ha pensato di usare questa soluzione per produrre acqua potabile. Gli approcci esistenti includono la raccolta della nebbia e la raccolta della rugiada. Entrambi hanno limitazioni significative. La raccolta della nebbia funziona solo con il 100% di umidità relativa. Al momento il sistema è utilizzato solo in alcuni deserti costieri. La raccolta della rugiada richiede una refrigerazione ad alta intensità energetica per fornire superfici fredde su cui l’umidità si condensa. Richiede inoltre un’umidità almeno del 50% a seconda della temperatura dell’ambiente.

Al contrario, il nuovo sistema può funzionare a livelli di umidità fino al 20%. Inoltre, non richiede input di energia oltre alla luce solare o qualsiasi altra fonte disponibile di calore di bassa qualità. LaPotin dice che la chiave principale deriva proprio da questa architettura a due stadi. Le persone possono cercare materiali adsorbenti ancora migliori che potrebbero aumentare ulteriormente i tassi di produzione. L’attuale velocità di produzione di circa 0,8 litri di acqua per metro quadrato al giorno può essere adeguata per alcune applicazioni. Sono allo studio, al momento, materiali con adsorbimento di circa cinque volte più elevato di quelli attuali. Ciò comporta un aumento della produzione di acqua.

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Fonte immagine copertina: Pixabay

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Autore dell'articolo: Francesco Menna

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Mi chiamo Francesco, classe 96. Laureato in Ingegneria Meccanica e studente alla magistrale di Ingegneria Meccanica per l'Energia e l'Ambiente alla Federico II di Napoli. Passione sfrenata per tutto ciò che ha un motore e va veloce. Per info e collaborazioni inviare una mail a framenna96@gmail.com