L'albero di mangrovie sopravvive nel suo habitat subtropicale convertendo in modo efficiente l'acqua salata del suo ambiente in acqua dolce, un'impresa ingegneristica che ha a lungo sconcertato gli scienziati.

Ora, un team di ricercatori nel laboratorio del professore di ingegneria di Yale Menachem Elimelech ha sviluppato un dispositivo per la purificazione dell'acqua che imita la mangrovia. Oltre ad offrire una migliore comprensione degli impianti idraulici degli impianti, potrebbe portare a nuove tecnologie di desalinizzazione, ha detto il suo gruppo di ricerca. I risultati sono apparsi il 21 febbraio in Progressi scientifici .

"Stiamo mostrando il meccanismo che è stato proposto per il funzionamento delle mangrovie, " ha detto il co-autore Jay Werber, un ex studente laureato in ingegneria chimica e ambientale nel laboratorio di Elimelech. "Non siamo biologi, ma ci stiamo arrivando da una prospettiva ingegneristica".

Elimelech è Roberto C. Goizueta Professore di ingegneria chimica e ambientale di Yale.

Il dispositivo, che i ricercatori chiamano mangrovia artificiale, combina gli effetti desalinizzanti della radice di mangrovia, il pompaggio capillare delle foglie, e la capacità di conduzione dell'acqua dello stelo. La chiave del suo successo è la sua capacità di generare un alto livello di pressione negativa, simile a quello che crei quando bevi con una cannuccia. Nella mangrovia sintetica, l'evaporazione da membrane appositamente progettate, che agiscono come "foglie", crea una grande pressione negativa, che guida la desalinizzazione dell'acqua salata attraverso una "radice" di membrana semipermeabile.

Gli alberi hanno bisogno di una pressione negativa, generata quando l'acqua evapora attraverso le foglie, per assorbire abbastanza acqua. mangrovie, che si trovano in Florida e sono particolarmente abbondanti in paesi come l'Indonesia, Brasile, e Malesia, eseguire un trucco doppiamente impressionante, i ricercatori hanno detto:Hanno bisogno di produrre una pressione negativa maggiore rispetto all'albero tipico per bere l'acqua salata del loro ambiente. Più, dissalano quest'acqua con le loro radici, in un processo chiamato osmosi inversa.

Particolarmente impressionante, notano i ricercatori, è il modo in cui gli alberi riducono al minimo la formazione di bolle d'aria all'interno del loro sistema di tubi d'acqua, noto come xilema. L'acqua tende a formare bolle sotto alte pressioni negative, che interromperebbe il flusso d'acqua nello xilema della pianta.

Co-autore Yunkun Wang, un ricercatore post-dottorato, ha affermato che il dispositivo dei ricercatori gestisce un'impresa simile riducendo al minimo la formazione di sacche d'aria, dovuto in parte a una struttura porosa di silice nota come fritta posizionata al centro del dispositivo.

Oltre a risolvere alcuni antichi misteri sull'idraulica degli alberi, Werber ha detto, il lavoro dei ricercatori potrebbe potenzialmente portare alla creazione di dispositivi su piccola scala per separare le soluzioni. "Tipicamente, hai una pompa costosa che crea una pressione davvero alta per separare queste cose, " ha detto. "Con il dispositivo di mangrovie, puoi usare l'evaporazione per guidarlo in modo completamente passivo."

I ricercatori hanno affermato che il dispositivo sarebbe particolarmente utile in situazioni in cui l'elettricità non è prontamente disponibile.

Non solo il dispositivo dei ricercatori ha imitato il processo naturale, ha generato una pressione negativa molto maggiore di quella generata dall'albero di mangrovie e potrebbe desalinizzare l'acqua con una concentrazione di sale quasi 10 volte quella dell'acqua di mare. Elimelech ha detto che questo significa che potrebbe portare a modi di desalinizzare l'acqua molto salata, come l'acqua prodotta attraverso l'hydrofracking.

Più immediatamente, anche se, ha detto che il dispositivo fornisce una finestra su un processo che era stato a lungo poco chiaro.

"Eravamo solo curiosi di sapere come la natura fa alcune cose, ed è una cosa così straordinaria che siamo riusciti a descriverla con la fisica, " Disse Elimelech. "Abbiamo mostrato che l'albero segue i principi fisici, e che possiamo imitarli in un dispositivo microfluidico."

Co-autore Jongho Lee, un ricercatore post-dottorato, ha affermato che il dispositivo ha anche il potenziale per essere utilizzato per la riduzione delle inondazioni incorporandolo in "città spugnose", ovvero aree urbane progettate per assorbire e catturare l'acqua piovana e rimuoverla rapidamente. "Gli edifici potrebbero essere progettati per funzionare come alberi di mangrovia:le loro pareti esterne funzionerebbero come foglie e le fondamenta fungerebbero da radici che filtrano i contaminanti, " Egli ha detto.