A Bath è stato sviluppato un dispositivo che adotta un nuovo approccio per rimuovere il sale dall'acqua. aprendo la strada ai piccoli, unità di dissalazione a energia solare

I ricercatori dell'Università di Bath hanno sviluppato un rivoluzionario processo di desalinizzazione che ha il potenziale per essere utilizzato in dispositivi mobili, unità ad energia solare.

Il processo è a basso costo, bassa energia e bassa manutenzione, e ha il potenziale per fornire acqua sicura alle comunità in aree remote e colpite da disastri dove l'acqua dolce scarseggia.

Sviluppato dal Water Innovation and Research Center dell'università in collaborazione con la Bogor Agricultural University dell'Indonesia e l'Università di Johannesburg, il prototipo dell'unità di desalinizzazione è un sistema stampato in 3D con due camere interne progettate per estrarre e/o accumulare sale. Quando viene applicata l'alimentazione, i cationi salini (ioni caricati positivamente) e gli anioni salini (ioni caricati negativamente) scorrono tra le camere attraverso matrici di microfori in una sottile membrana sintetica. Il flusso può avvenire solo in una direzione grazie a un meccanismo che ha paralleli nella tecnologia dei telefoni cellulari. Come risultato di questo flusso unidirezionale, il sale viene pompato fuori dall'acqua di mare. Ciò contrasta con il classico processo di desalinizzazione, dove l'acqua anziché il sale viene pompata attraverso una membrana.

desalinizzazione, che trasforma l'acqua del mare in acqua dolce, è diventato un processo essenziale per fornire acqua potabile e per l'irrigazione dove l'acqua dolce è scarsa. Tradizionalmente, è stato un processo ad alta intensità energetica svolto in grandi impianti industriali.

Il professor Frank Marken del Dipartimento di Chimica ha dichiarato:"Ci sono momenti in cui sarebbe estremamente vantaggioso installare piccoli, unità di desalinizzazione a energia solare per servire un piccolo numero di famiglie. I grandi impianti idrici industriali sono essenziali per la vita del 21° secolo, ma non sono di alcun aiuto quando vivi in ​​un luogo remoto dove l'acqua potabile è scarsa, o dove c'è una catastrofe costiera che spazza via la fornitura di acqua dolce."

Il sistema di desalinizzazione di Bath si basa su 'ionico, " dove un diodo cationico (un diodo caricato negativamente, membrana semipermeabile costellata di microscopici pori) è combinata con un resistore anionico (un dispositivo che consente il flusso di ioni negativi solo quando viene applicata l'alimentazione).

"Questo equivale a un processo completamente nuovo per rimuovere il sale dall'acqua, ", ha affermato il prof. Marken. "Siamo i primi a utilizzare diodi minuscoli di dimensioni micron in un prototipo di desalinizzazione".

Ha aggiunto:"Questo è un sistema a bassa energia senza parti mobili. Altri sistemi utilizzano enormi pressioni per spingere l'acqua attraverso i nanopori, ma togliamo solo i sali. Più intrigante, le pompe e gli interruttori esterni possono essere sostituiti da processi microscopici all'interno della membrana, un po' come funzionano le membrane biologiche".

Un altro vantaggio dell'unità di desalinizzazione di Bath è che consente anche il processo opposto, la concentrazione di sale, riducendo al minimo gli sprechi. Il sale separato può essere cristallizzato e quindi utilizzato, potenzialmente come integratore alimentare o antighiaccio. La maggior parte degli altri processi di desalinizzazione riportano in mare il sale sotto forma di salamoia, sconvolgere l'ecosistema marino.

Tutto va bene, Il professor Marken ritiene che il suo dipartimento potrebbe implementare un'unità mobile di desalinizzazione funzionante entro cinque anni. Primo, però, il team ha bisogno di trovare materiali più robusti e collaboratori per aiutare a perfezionare l'invenzione e scalarla. Il prototipo di proof-of-concept è attualmente in grado di rimuovere il 50% del sale da un campione di acqua salata, ma per rendere potabile l'acqua di mare, il contenuto di sale deve essere ridotto del 90%.

Budi Riza Putra, il dottorato di ricerca in chimica studente che ha guidato il progetto, ha dichiarato:"Dobbiamo trovare nuovi e migliori materiali porosi in grado di pompare ioni. Spessore della membrana, il numero e il diametro dei pori devono essere tutti ottimizzati. Speriamo di trovare esperti di materiali che possano aiutarci in questo".

Nella loro ricerca per trovare nuove membrane, i ricercatori hanno rivolto la loro attenzione ai materiali biologici. Insieme alla dott.ssa Katarzyna Szot-Karpińska e al suo gruppo presso l'Accademia polacca delle scienze di Varsavia, credono di essere i primi ricercatori a utilizzare con successo i batteriofagi (virus che infettano e si replicano all'interno dei batteri) per creare un film in grado di separare il sale dall'acqua.

"Il nostro batteriofago (chiamato M13) sembra spaghetti ma è un milione di volte più piccolo, " spiega Riza Putra. "Se rendiamo le condizioni un po' acide, i fili di nano-spaghetti si attaccano, creando un film sottile con piccoli fori. Quando abbiamo testato questo materiale come membrana per la desalinizzazione, abbiamo scoperto che funzionava:ha iniziato a fungere da diodo, pompare ioni in una sola direzione."

Ha aggiunto:"Prima di noi, nessuno ha pensato di usare virus come membrane per la desalinizzazione dell'acqua".

Però, mentre M13 mostra il potenziale come pompa a membrana per la desalinizzazione dell'acqua, non è perfetto. "Il substrato si disintegra all'aumentare delle concentrazioni di sale e a pH neutro, " spiega il prof Marken. "Quindi, o troviamo un modo per migliorare la semipermeabilità del materiale del batteriofago o dobbiamo trovarne altri, alternative più robuste a membrana a diodi ionici."