Circa un miliardo di persone nel mondo non ha accesso all'acqua potabile. La desalinizzazione dell'acqua salata in acqua potabile può aiutare a colmare questa pericolosa lacuna. Ma i tradizionali sistemi di desalinizzazione sono troppo costosi da installare e da far funzionare in molte località, soprattutto nei paesi a basso reddito e nelle aree remote.

Ora i ricercatori della A. James Clark School of Engineering dell'Università del Maryland hanno dimostrato un prototipo di successo di un componente fondamentale per la desalinizzazione su piccola scala a prezzi accessibili:un evaporatore solare economico, fatto di legno. L'evaporatore genera vapore con alta efficienza e minima necessità di manutenzione, dice Liangbing Hu, professore associato di scienza e ingegneria dei materiali e affiliato del Maryland Energy Innovation Institute.

Il design utilizza una tecnica nota come evaporazione interfacciale, "che mostra un grande potenziale in risposta alla scarsità d'acqua globale a causa della sua elevata efficienza solare-vapore, basso impatto ambientale, e design del dispositivo portatile a basso costo, " Hu dice. "Queste caratteristiche lo rendono adatto per la generazione e la purificazione dell'acqua off-grid, soprattutto per i paesi a basso reddito".

Gli evaporatori interfacciali sono realizzati con materiali sottili che galleggiano sull'acqua salina. Assorbe il calore solare in alto, gli evaporatori aspirano continuamente l'acqua salina dal basso e la convertono in vapore sulla loro superficie superiore, lasciandosi alle spalle il sale, spiega Hu, che è autore senior di un articolo che descrive il lavoro in Materiale avanzato .

Però, nel tempo il sale può accumularsi su questa superficie evaporativa, prestazioni gradualmente degradanti fino a quando non viene rimosso, lui dice.

Hu e i suoi colleghi hanno ridotto al minimo la necessità di questa manutenzione con un dispositivo realizzato in tiglio che sfrutta la struttura naturale del legno dei canali larghi micron che trasportano acqua e sostanze nutritive sull'albero.

I ricercatori integrano questi canali naturali perforando una seconda serie di canali larghi millimetri attraverso una sottile sezione trasversale del legno, dice Yudi Kuang, uno studioso in visita e autore principale della carta. Gli investigatori espongono quindi brevemente la superficie superiore a calore elevato, che carbonizza la superficie per un maggiore assorbimento solare.

In operazione, poiché il dispositivo assorbe l'energia solare, aspira l'acqua salata attraverso i canali naturali del legno ampi micron. Il sale viene scambiato spontaneamente da questi minuscoli canali attraverso aperture naturali lungo i loro lati ai canali perforati molto più ampi, e poi si dissolve facilmente nell'acqua sottostante.

"Nel laboratorio, abbiamo dimostrato con successo un'eccellente antivegetativa in un'ampia gamma di concentrazioni di sale, con generazione di vapore stabile con circa il 75% di efficienza, "dice Kuang.

"Usando il legno naturale come unico materiale di partenza, l'evaporatore solare che respinge il sale dovrebbe essere a basso costo, " aggiunge il ricercatore Chaoji Chen. L'approccio dell'evaporatore è efficace anche in altri tipi di legno con canali naturali simili. I ricercatori ora stanno ottimizzando il loro sistema per una maggiore efficienza, minor costo del capitale, e integrazione con un condensatore di vapore per completare il ciclo di desalinizzazione.

Il laboratorio di Hu ha anche recentemente sviluppato un altro prototipo di dispositivo a riscaldamento solare che sfrutta la capacità del legno carbonizzato di assorbire e distribuire l'energia solare, creato per aiutare a ripulire le fuoriuscite di oli pesanti difficili da raccogliere. "Il nostro materiale in legno carbonizzato dimostra un assorbimento rapido ed efficiente del petrolio greggio, così come il basso costo e il potenziale di produzione scalabile, "dice Kuang, autore principale di un articolo sulla ricerca in Advanced Functional Materials.

"Il legno è un'intrigante impalcatura materica, con la sua unica struttura gerarchicamente porosa, ed è rinnovabile, risorsa abbondante e conveniente, " dice Hu. "Nel nostro laboratorio, la conoscenza fondamentale dei biomateriali (soprattutto il legno) ci porta a raggiungere prestazioni straordinarie, competitive con materiali largamente utilizzati ma non sostenibili."

Tra gli altri progetti, il suo laboratorio ha creato materiali isolanti "nanowood" leggeri ed efficaci. Ha anche progettato "super legno" che è 12 volte più forte e 10 volte più duro del legno naturale, e potenzialmente può sostituire l'acciaio, titanio o fibra di carbonio in determinate applicazioni, lui dice.