Il mondo ha bisogno di acqua pulita, e il suo bisogno crescerà solo nei prossimi decenni. Eppure la desalinizzazione e altre tecnologie di purificazione dell'acqua sono spesso costose e richiedono molta energia per funzionare, rendendo molto più difficile fornire più acqua pulita a una popolazione in crescita in un mondo in fase di riscaldamento.

Andare oltre, i ricercatori dovrebbero utilizzare strumenti come quelli disponibili presso i sincrotroni a raggi X per misurare meglio le proprietà dei materiali coinvolti nella purificazione dell'acqua salata o altrimenti contaminata, sostengono gli scienziati del Laboratorio nazionale dell'acceleratore SLAC del Dipartimento dell'energia e dell'Università di Paderborn in Germania,

"Questo è davvero un momento opportuno per il paese:laboratori nazionali, partner accademici e industriali, per far progredire la scienza relativa alla desalinizzazione" e altre tecnologie per l'acqua pulita, ha detto Michael Toney, un illustre scienziato presso la Stanford Synchrotron Radiation Lightsource di SLAC. Toney, insieme ai coautori della scienziata SSRL Sharon Bone e al professor Hans-Georg Steinrück di Paderborn, hanno appena pubblicato sulla rivista una nuova prospettiva sul progresso della tecnologia dell'acqua pulita Joule .

La sfida è sostanziale. Intorno al mondo, miliardi di persone faticano a trovare acqua potabile pulita almeno un mese all'anno, e le proiezioni suggeriscono che la domanda di acqua in alcune parti degli Stati Uniti, inclusa la California, che lotta con la siccità, supererà l'offerta entro il 2050 circa.

Oltre a ciò, desalinizzare o altrimenti pulire l'acqua è spesso costoso e inefficiente dal punto di vista energetico, e non è sempre chiaro come migliorare queste tecnologie.

Ad esempio, nell'osmosi inversa a membrana, l'acqua salata scorre su una membrana sotto pressione, spingendo l'acqua pulita attraverso la membrana in un flusso d'acqua dolce e trattenendo il sale, organici, e contaminanti sul flusso di acqua salata. Eppure i ricercatori non comprendono in modo molto dettagliato i processi fisici e chimici responsabili di quel filtraggio o come alcune delle insidie ​​dell'osmosi inversa, come il fouling, l'accumulo di materia organica e inorganica sulla membrana interferisce con il processo.

"È la complessità di questi sistemi che li rende così difficili da sondare, ed è per questo che il sincrotrone è così prezioso, perché ci permette di sondare che, "Ha detto il professor Steinrück.

Se i ricercatori capissero meglio come funziona l'osmosi inversa e come può essere danneggiata, potrebbero trovare indizi per migliorare il processo e sviluppare nuovi materiali per le tecnologie dell'acqua pulita. spettroscopia a raggi X, Per esempio, potrebbe rivelare quali molecole sono maggiormente responsabili del fouling. Esperimenti di diffusione dei raggi X e metodi di imaging, come la microscopia elettronica, potrebbe dare a scienziati e ingegneri un quadro migliore di ciò che sta accadendo su larga scala. Lo stesso vale per altre tecniche, come la ionizzazione capacitiva, una tecnica che funziona meglio su acque sotterranee a bassa salinità o salmastre ed è strettamente correlata alla ricerca all'avanguardia sulle batterie. Cosa c'è di più, questa comprensione su vasta scala potrebbe consentire ai ricercatori di progettare nuovi materiali per la desalinizzazione e mitigare le incrostazioni.

Questo tipo di ricerca è anche un'opportunità per gli scienziati di avere un impatto più diretto su un problema globale sempre più pressante, un fattore che ha motivato Bone, che lavora anche per capire come gli inquinanti e i nutrienti attraversano allo stesso modo gli ecosistemi naturali, lavorare con i colleghi dello SLAC e gli ingegneri chimici della Stanford University sulle tecnologie per l'acqua pulita. Lavorando con la studentessa laureata in ingegneria chimica di Stanford Valerie Niemann e il professor William Tarpeh, Bone e Toney hanno già iniziato a studiare come i foulant si accumulano sulle membrane ad osmosi inversa.

"Volevo unirmi a questo sforzo perché l'ho vista come un'opportunità per lavorare direttamente su una tecnologia che potrebbe avere un impatto di fronte al cambiamento climatico, " disse Osso.