Ingegneri del MIT e della Cina stanno collaborando per sviluppare un dispositivo di desalinizzazione pionieristico alimentato a energia solare, ispirato ai processi oceanici. Il dispositivo utilizza la desalinizzazione per convertire l'acqua di mare in acqua potabile. Questo sistema è piccolo e produce da 4 a 6 litri di acqua potabile all'ora. Sorprendentemente, funziona meglio ed è più economico dell'acqua del rubinetto e i ricercatori stanno adottando questo approccio vantaggioso per le aree costiere in cui l'accesso alle tradizionali forniture idriche è limitato.
Secondo un articolo pubblicato dal team di ricerca, questo dispositivo passivo utilizza la luce solare naturale per riscaldare l'acqua salata. La configurazione del dispositivo permette all'acqua di circolare in vortici, simili alla circolazione termoalina oceanica . Questa circolazione, unita al calore del sole, provoca l'evaporazione dell'acqua, lasciando dietro di sé il sale. L'acqua evaporata può essere condensata e raccolta come acqua pura e potabile. Nel frattempo, il sale rimanente continua a circolare attraverso il dispositivo, impedendone l'accumulo e l'intasamento del sistema.
Il nuovo sistema produce più acqua e rimuove più sale rispetto ad altri sistemi passivi di desalinizzazione solare attualmente in fase di sperimentazione. Se dimensionato come una piccola valigia, può produrre dai 4 ai 6 litri di acqua potabile all'ora e durare diversi anni senza bisogno di sostituire componenti. Con queste dimensioni e prestazioni, il sistema può produrre acqua potabile a un costo inferiore rispetto all'acqua del rubinetto.
Lenan Zhang, ricercatore presso il Device Research Laboratory del MIT, ha affermato: "Per la prima volta, è possibile produrre acqua sfruttando l'energia solare a un prezzo persino inferiore a quello dell'acqua del rubinetto".
Zhang ha collaborato con Yang Zhong , studente laureato del MIT, Evelyn Wang (professoressa di ingegneria titolare della cattedra Ford) e diversi ricercatori dell'Università Jiao Tong di Shanghai, in Cina.
Il team intende creare una versione più grande del dispositivo, in grado di generare acqua potabile per una piccola famiglia . Questo dispositivo potrebbe essere utilizzato anche nelle comunità costiere prive di accesso a una rete idrica tradizionale.
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Rafforzamento del processo di convezione
Non si trattava del primo tentativo di sviluppare un dispositivo di desalinizzazione per questo scopo.
Dispositivo n. 1
Il team ha migliorato il progetto precedente creando un nuovo sistema. Hanno testato questo sistema sul tetto di un edificio del MIT, e ha convertito efficacemente l'energia solare in acqua potabile. Tuttavia, il sale residuo di questo processo si accumulava e ostruiva il sistema dopo pochi giorni.
Il sistema successivo è costituito da più strati, chiamati stadi, che contengono un evaporatore e un condensatore. Questi stadi utilizzano il calore del sole per separare il sale dall'acqua. In una situazione reale, l'utente dovrebbe sostituire frequentemente gli stadi , il che renderebbe il sistema più costoso.
Dispositivo n. 2
Nella successiva fase di progettazione , è stata creata una soluzione con una disposizione degli strati simile. È stata introdotta una nuova funzionalità per migliorare la circolazione dell'acqua in ingresso e garantire la completa rimozione di eventuali residui di sale. Questo design ha impedito al sale di depositarsi e accumularsi sul dispositivo, ma ha comportato una desalinizzazione dell'acqua lenta.
Dispositivo n. 3
L'ultima versione del design è il massimo risultato. Il team ha sviluppato con successo un sistema che non solo produce una grande quantità di acqua a un ritmo rapido, ma ha anche un'eccezionale capacità di respingere il sale. Ciò significa che il sistema non è solo efficiente, ma anche affidabile, garantendo una fornitura continua di acqua potabile pulita per un lungo periodo di tempo.
Il nuovo progetto integra il meglio dei due concetti precedenti : un sistema multistadio con evaporatori e condensatori che aumenta efficacemente la circolazione di acqua e sale all'interno di ogni stadio. Il nuovo sistema genera piccole circolazioni , simili alla convezione termoalina oceanica. Questo straordinario fenomeno alimenta il movimento dell'acqua in tutto il mondo, spinto dalle variazioni di temperatura ("termo") e salinità ("alina") del mare.
Lenan Zhang spiega: "Quando l'acqua di mare è esposta all'aria, la luce solare ne provoca l'evaporazione. Una volta che l'acqua lascia la superficie, il sale rimane. E maggiore è la concentrazione di sale, più denso è il liquido, e quest'acqua più pesante tende a scorrere verso il basso. Riproducendo questo fenomeno, che si verifica su un chilometro di larghezza, all'interno di una piccola scatola, possiamo sfruttare questa caratteristica per respingere il sale."
Come funziona
I ricercatori hanno posizionato l'intera scatola inclinata all'interno di un contenitore più grande. Hanno poi collegato un tubo dalla parte superiore della scatola fino in fondo attraverso la base del contenitore e infine hanno fatto galleggiare il contenitore in acqua salata.
Il fulcro del progetto è una struttura elegante e slanciata a forma di parallelepipedo, realizzata con un materiale scuro che cattura efficacemente il calore radiante del sole. È suddivisa in due sezioni distinte : una superiore e una inferiore.
- Migliori metà superiore della struttura è dotato di uno strato evaporatore appositamente progettato sul soffitto, che sfrutta l'energia del sole per riscaldare e far evaporare l'acqua al contatto.
- Successivamente, il vapore acqueo viene reindirizzato nella parte inferiore della scatola.
- Qui, uno strato di raffreddamento ad aria condensa il vapore, trasformandolo in un liquido puro e sicuro, privo di sale.
Questa configurazione permette all'acqua di essere spinta naturalmente verso l'alto attraverso il tubo e all'interno della scatola. La combinazione unica dell'inclinazione della scatola e dell'energia termica del sole non solo fa sì che l'acqua si muova vorticosamente al suo interno, ma garantisce anche che i piccoli vortici mantengano il sale in costante circolazione, impedendone la sedimentazione e la conseguente formazione di ostruzioni.
Inoltre, questi movimenti vorticosi aiutano a portare l'acqua a contatto con lo strato superiore di evaporazione, ottimizzando l'intero processo.
Il team ha creato diversi prototipi:
- Uno con un palco
- Un altro con tre stadi
- Prossimo con 10 tappe
Hanno testato questi prototipi in acque con diversi livelli di salinità, tra cui acqua di mare naturale e acqua sette volte più salata.
Sulla base di questi test, i ricercatori hanno determinato che ampliando ciascuna fase a un metro quadrato si otterrebbe una produzione impressionante di 5 litri di acqua potabile all'ora. Ciò che è ancora più straordinario è che questo sistema è progettato per desalinizzare l'acqua senza alcun accumulo di sale per diversi anni.
Oltre alla sua lunga durata, il sistema funziona interamente senza elettricità, risultando incredibilmente conveniente. Infatti, il costo stimato di gestione di questo sistema è persino inferiore al costo di produzione dell'acqua potabile negli Stati Uniti.
Yang Zhong afferma: "Abbiamo dimostrato che questo dispositivo è in grado di raggiungere una lunga durata. Ciò significa che, per la prima volta, è possibile che l'acqua potabile prodotta dalla luce solare costi meno dell'acqua del rubinetto. Questo apre la strada alla desalinizzazione solare per risolvere problemi concreti."
Questa ricerca sulla desalinizzazione che converte l'acqua di mare in acqua potabile è condotta presso la Shanghai Jiao Tong University e ha ricevuto finanziamenti dalla Natural Science Foundation of China.
Fonte : Un sistema di desalinizzazione potrebbe produrre acqua dolce più economica dell'acqua del rubinetto.
