La cristallizzazione della salamoia a energia solare potrebbe alleviare gli impatti ambientali della desalinizzazione dell'acqua di mare.

Il trattamento della salamoia di scarto utilizzando un cristallizzatore autopulente che funziona con l'energia solare potrebbe essere un modo ecologico ed efficiente per rendere più sostenibile la desalinizzazione dell'acqua di mare.

Nelle regioni desertiche, la desalinizzazione dell'acqua di mare fornisce acqua dolce essenziale per bere e per l'agricoltura. Un grosso problema è che il processo genera grandi quantità di salamoia concentrata che spesso viene rilasciata nei laghi e fiumi vicini o nuovamente in mare, danneggiare la vegetazione e la vita marina." Con l'inasprimento delle normative ambientali e l'aumento della consapevolezza pubblica, c'è pressione per trattare la salamoia con scarico di liquido pari a zero, "dice Chenlin Zhang, un dottorato di ricerca studente a KAUST. Ciò significa estrarre fino all'ultima goccia d'acqua lasciando dietro di sé cristalli minerali solidi che possono essere recuperati per altri usi.

La cristallizzazione attualmente richiede costosi contenitori resistenti alla corrosione e grandi quantità di energia per far bollire la salamoia o vaste aree di terreno come vasche di evaporazione dedicate. I cristallizzatori solari che utilizzano materiali fototermici per convertire la luce solare in calore stanno guadagnando popolarità ma hanno prestazioni limitate perché accumulano cristalli di sale, che riducono l'assorbimento della luce in superficie.

Per affrontare questo, un team guidato da Peng Wang ha costruito un cristallizzatore tridimensionale che separa il materiale fototermico dalla salamoia utilizzando alluminio altamente conduttivo. La luce del sole entra nella parte superiore aperta di una colonna quadrata e un rivestimento fototermico sulla parete interna trasferisce il calore attraverso una lastra di alluminio alle pareti esterne. Una membrana porosa avvolta all'esterno assorbe la salamoia da un serbatoio sottostante e la diffonde sulla superficie. Il calore fa evaporare l'acqua e i cristalli di sale si accumulano all'esterno, lasciando pulita la parete interna.

"Il sale accumulato può essere facilmente raschiato via a mano o lasciato accumulare abbastanza da eventualmente cadere sotto il suo stesso peso, " spiega Zhang. "Tale autopulizia potrebbe essere molto utile nei sistemi su scala industriale".

Il loro dispositivo ha funzionato bene su soluzioni saline sperimentali, ma quando testato sull'acqua del Mar Rosso, i tassi di evaporazione sono diminuiti quasi a zero e i cristalli di magnesio hanno ostruito i pori.

Il team di Wang ha risolto questo problema aggiungendo una piccola quantità di acido nitrilotriacetico, un inibitore della cristallizzazione economico e biodegradabile, alla salamoia non trattata. "La nostra strategia potrebbe risolvere l'annoso problema del ridimensionamento del sale nei cristallizzatori convenzionali ed è un modo promettente per trattare la salamoia senza scarico di liquidi, "dice Wang.

Quando alimentato dalla luce solare artificiale, il loro cristallizzatore ha trattato la salamoia del Mar Rosso continuamente per 288 ore, evaporazione dell'acqua ad una velocità oraria di 2,42 chilogrammi per metro quadrato di superficie. Quando alimentato dalla luce solare reale sul tetto di un edificio residenziale a KAUST, evaporava 48 chilogrammi di acqua al giorno per metro quadrato di superficie, nonostante le ore di buio.

Il team di Wang sta lavorando a miglioramenti per rendere scalabile commercialmente il loro cristallizzatore a energia solare. "Indagheremo anche sul recupero di minerali utili, come magnesio e potassio, dai sali solidi e rivelano il vero valore della salamoia di scarto, " Aggiunge.