(PhysOrg.com) -- L'acqua potabile è spesso molto richiesta e scarsamente disponibile a seguito di un disastro naturale come il terremoto di Haiti o l'uragano Katrina. In entrambi questi casi, le zone del disastro erano vicino al mare, ma convertire l'acqua salata del mare in acqua dolce potabile di solito richiede una grande quantità di energia elettrica affidabile e impianti di desalinizzazione su larga scala, nessuno dei quali era disponibile nelle aree del disastro.

Un nuovo approccio alla desalinizzazione sviluppato dai ricercatori del MIT e in Corea potrebbe portare a piccoli, unità portatili che potrebbero essere alimentate da celle solari o batterie e potrebbero fornire abbastanza acqua fresca per soddisfare le esigenze di una famiglia o di un piccolo villaggio. Come bonus aggiuntivo, il sistema eliminerebbe anche molti contaminanti, virus e batteri allo stesso tempo.

Il nuovo approccio, chiamata concentrazione di ioni polarizzazione, è descritto in un articolo del Postdoctoral Associate Sung Jae Kim e del Professore Associato Jongyoon Han, sia nel Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica del MIT, e colleghi in Corea. Il documento è stato pubblicato il 21 marzo sulla rivista Nanotecnologia della natura .

Uno dei principali metodi di desalinizzazione, chiamata osmosi inversa, utilizza membrane che filtrano il sale, ma queste richiedono pompe robuste per mantenere l'alta pressione necessaria per spingere l'acqua attraverso la membrana, e sono soggetti a incrostazioni e ostruzione dei pori della membrana da parte di sale e contaminanti. Il nuovo sistema separa sali e microbi dall'acqua respingendoli elettrostaticamente lontano dalla membrana iono-selettiva nel sistema, in modo che l'acqua che scorre non debba mai passare attraverso una membrana. Ciò dovrebbe eliminare la necessità di alta pressione e i problemi di incrostazioni, dicono i ricercatori.

Il sistema funziona su scala microscopica, utilizzando metodi di fabbricazione sviluppati per dispositivi microfluidici, simili alla fabbricazione di microchip, ma utilizzando materiali come il silicone (gomma sintetica). Ogni singolo dispositivo elaborerebbe solo piccole quantità di acqua, ma un gran numero di essi:i ricercatori prevedono un array con 1, 600 unità fabbricate su un wafer da 8 pollici di diametro - potrebbero produrre circa 15 litri di acqua all'ora, abbastanza per fornire acqua potabile a più persone. L'intera unità potrebbe essere autonoma e guidata dalla gravità:l'acqua salata verrebbe versata nella parte superiore, e acqua dolce e salamoia concentrata raccolti da due uscite sul fondo.

Quella piccola dimensione potrebbe effettivamente essere un vantaggio per alcune applicazioni, Kim spiega. Per esempio, in una situazione di emergenza come il terremoto di Haiti, l'infrastruttura di consegna per portare l'acqua dolce alle persone che ne hanno bisogno era in gran parte carente, così piccolo, unità portatili che gli individui potessero trasportare sarebbero state particolarmente utili.

Finora, i ricercatori hanno testato con successo una singola unità, usando l'acqua di mare che hanno raccolto da una spiaggia del Massachusetts. L'acqua è stata poi deliberatamente contaminata da piccole particelle di plastica, proteine ​​e sangue umano. L'unità ha rimosso più del 99 percento del sale e di altri contaminanti. “Abbiamo chiaramente dimostrato che possiamo farlo a livello di chip unitario, "dice Kim. Il lavoro è stato finanziato principalmente da una sovvenzione della National Science Foundation, così come una sovvenzione SMART Innovation Center

Mentre la quantità di elettricità richiesta da questo metodo è in realtà leggermente superiore a quella degli attuali metodi su larga scala come l'osmosi inversa, non esiste un altro metodo in grado di produrre una desalinizzazione su piccola scala con un livello di efficienza simile, dicono i ricercatori. Se opportunamente progettato, il sistema proposto utilizzerebbe solo la stessa potenza di una lampadina convenzionale.

Mark A. Shannon del Center of Advanced Materials for the Purification of Water with Systems presso l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign, chi non era coinvolto in questo lavoro, concorda con tale valutazione. In un articolo di News &Views che accompagna la carta Nature Nanotechnology, scrive che il nuovo sistema raggiunge “forse l'energia più bassa di sempre per la desalinizzazione di microlitri d'acqua, ” e quando molte di queste microunità vengono combinate in parallelo, come propongono Kim e i suoi coautori, "potrebbe essere utilizzato per fornire litri di acqua all'ora utilizzando solo una batteria e un flusso d'acqua per gravità". Che soddisfa un bisogno significativo, lui dice, poiché attualmente ci sono pochi metodi efficienti per la desalinizzazione su piccola scala, sia per le emergenze che per l'utilizzo in aree remote di paesi poveri.

Alex Iles, un ricercatore presso l'Università di Hull in Gran Bretagna, afferma che mentre devono essere eseguiti ulteriori test per stabilire la stabilità a lungo termine e le tecniche di fabbricazione, “Questo è un nuovo ed elegante concetto per la desalinizzazione dell'acqua.” Dice che è probabile che produca un basso costo, sistema a bassa manutenzione che potrebbe essere "ideale per applicazioni come il soccorso in caso di calamità". Quando è stato inizialmente presentato a una conferenza a cui ha partecipato l'anno scorso, Iles dice, “Ho pensato che fosse probabilmente il nuovo lavoro più significativo dell'intera conferenza, anche se era solo un poster.”

Il principio base che rende possibile il sistema, chiamata concentrazione di ioni polarizzazione, è un fenomeno onnipresente che si verifica vicino a materiali iono-selettivi (come Nafion, spesso utilizzato nelle celle a combustibile) o elettrodi, e questo team e altri ricercatori hanno applicato il fenomeno per altre applicazioni come la preconcentrazione di biomolecole. Questa applicazione alla purificazione dell'acqua non è stata tentata prima, però.

Poiché la separazione avviene per via elettrostatica, non funziona per rimuovere contaminanti privi di carica elettrica. Per prendersi cura di queste particelle rimanenti, per lo più inquinanti industriali, i ricercatori suggeriscono che l'unità potrebbe essere combinata con un sistema di filtri a carbone convenzionale, ottenendo così puro, acqua potabile sicura attraverso un unico semplice dispositivo.

Avendo dimostrato il principio in un dispositivo a unità singola, Kim e Han hanno in programma di produrre un dispositivo da 100 unità per dimostrare l'espansione del processo, seguito da un 10, sistema di 000 unità. Si aspettano che ci vorranno circa due anni prima che il sistema sia pronto per essere sviluppato come prodotto.

"Dopo di che, "dice Kim, "sapremo se è possibile" che questo funzioni come un robusto, sistema portatile, "e su quali problemi potrebbe essere necessario lavorare."