Acqua dall’aria del deserto, grazie a un dispositivo a energia solare

Ricavare acqua dall’aria per risolvere i problemi di approvvigionamento idrico, specie delle aree desertiche. L’innovazione porta la firma del MIT (Massachusetts Institute of Technology) di Boston  e dell’Università della California a Berkeley, che hanno recentemente pubblicato i risultati del loro studio sulle pagine della prestigiosa rivista Science.

I limiti delle tecnologie che catturano acqua dall’aria

A dire il vero, detta così, l’idea non è nuova. Ma tutti i precedenti tentativi in tal senso si sono scontrati con due forti limiti. Alcune tecnologie danno risultati solo in presenza di tassi di umidità molto elevati (nella maggior parte dei casi addirittura del 100%), altre invece, come ad esempio il ‘dew harvesting’, necessitano di ingenti quantità di energia, il che le rende poco sostenibili.
Il nuovo dispositivo per ottenere acqua dall’aria riesce invece a produrre quasi tre litri di acqua in sole 12 ore anche con un livello di umidità del 20%, tipico delle zone più aride del globo e lo fa senza sprechi energetici, perché sfrutta una fonte pulita come il sole.

Come si è ottenuto questo risultato?

Per realizzare il dispositivo sono state utilizzate delle particolari strutture metallo-organiche (metal-organic framework – MOF), scoperte per la prima volta più di 20 anni fa da Omar Yaghi dell’Università di Berkley, ora a capo del team di ricerca congiunto. I MOF hanno la particolare capacità di riuscire a combinare diversi metalli a molecole organiche dando vita a una struttura rigida ma porosa che può contenere gas o liquidi. Selezionando le giuste combinazioni di metalli ed elementi organici, gli scienziati ne hanno nel tempo migliorato le proprietà. Dopo la scoperta di Yaghi sono state realizzate 20.000 strutture metallo-organiche in tutto il mondo, sviluppate per scopi differenti.

Assorbitore solare e condensatore

Fino ad arrivare al 2014, quando Yaghi e il suo gruppo di ricerca ha sintetizzato una struttura metallo-organica, combinando zirconio metallico e acido adipico, che si lega al vapore acqueo quando l’aria si diffonde attraverso la struttura. Da qui l’idea di usarlo per un sistema di raccolta dell’acqua. Sono stati utilizzati circa due kg di polveri MOF che sono state compresse in un sottile foglio di rame poroso.

Il foglio è stato poi collocato tra un assorbitore solare e un condensatore all’interno di una stanza. Di notte, la stanza è stata tenuta aperta per consentire all’aria di muoversi sul foglio e alle molecole di acqua di attaccarsi alla superficie. Mentre durante il giorno, la stanza veniva chiusa per consentire un riscaldamento del dispositivo e favorire la formazione di piccole gocce d’acqua che andavano a depositarsi nel condensatore.

2,8 litri di acqua in 12 ore

Un meccanismo piuttosto semplice ma che si è tradotto nella raccolta, in condizioni stimate del 20-30 % di umidità,  di 2,8 litri di acqua in 12 ore, utilizzando soltanto un chilogrammo di struttura metallo-organica. I test hanno inoltre dimostrato che il dispositivo è in grado di funzionare anche in condizioni di vita reale.

Un dispositivo domestico utilizzabile in ogni parte del mondo

“Un progetto futuristico è avere acqua non portata dall’acquedotto ma prodotta da un dispositivo domestico a energia solare in grado di soddisfare le necessità di casa” ha spiegato Yaghi. “A mio avviso, ciò sarà possibile grazie a questo nuovo esperimento: io la chiamo acqua personalizzata”.

“Ci sono zone desertiche di tutto il mondo con circa il 20 per cento di umidità– ha aggiunto il co-autore della ricerca, il professore di ingegneria meccanica Evelyn Wang-  dove l’acqua potabile è un bisogno pressante ma dove non c’è una tecnologia disponibile che possa soddisfare quel bisogno. Il nostro sistema è invece completamente passivo, ha bisogno solo di luce solare”.

I limiti della tecnologia

Il dispositivo per ricavare acqua dall’aria è al momento in fase prototipale e saranno quindi necessari ulteriori test e miglioramenti prima di pensare a una commercializzazione. D’altra parte la tecnologia ha qualche limite che dovrà essere risolto. Il prototipo riesce, ad esempio, ad assorbire soltanto circa il 20% del suo peso in acqua. Utilizzando altre strutture metalliche si potrebbe, secondo i ricercatori, raggiungere una percentuale del 40.
Poi c’è l’aspetto legato ai costi, ancora eccessivamente elevati. Lo zirconio ha un costo per chilogrammo piuttosto alto e se si riuscisse a sostituirlo con l’alluminio, ad esempio, sarebbe un enorme passo in avanti.

È solo un primo passo, la ricerca deve andare avanti

“Ciò che abbiamo fatto- spiegano i ricercatori- è mettere le basi per una ricerca sul campo, che deve necessariamente andare avanti. Ci sono moltissimi MOF che possono essere sperimentati per ottenere risultati ancora migliori di quelli ottenuti con il nostro dispositivo”.

Il potenziale di dispositivi per ricavare acqua dall’aria sembra essere enorme e la ricerca scientifica ha bisogno di investire in strade diverse per trovare delle soluzioni semplici, economiche e sostenibili per risolvere la carenza idrica che in molte aree del pianeta è tuttora un grave problema.