Ingegneri dell'Università della California, Riverside ha sviluppato un nuovo modo per recuperare quasi il 100% dell'acqua da soluzioni saline altamente concentrate. Il sistema allevierà la carenza d'acqua nelle regioni aride e ridurrà le preoccupazioni relative allo smaltimento della salamoia ad alta salinità, come rifiuti di fratturazione idraulica.

La ricerca, che prevede lo sviluppo di un elemento riscaldante a base di nanotubi di carbonio che migliorerà notevolmente il recupero di acqua dolce durante i processi di distillazione a membrana, è stato pubblicato oggi sulla rivista Nanotecnologia della natura . David Jasby, un assistente professore di ingegneria chimica e ambientale presso il Bourns College of Engineering dell'UCR, guidato il progetto.

Mentre l'osmosi inversa è il metodo più comune per rimuovere il sale dall'acqua di mare, acque reflue, e acqua salmastra, non è in grado di trattare soluzioni saline altamente concentrate. Tali soluzioni, chiamate salamoie, sono generati in quantità massicce durante l'osmosi inversa (come prodotti di scarto) e la fratturazione idraulica (come acqua prodotta), e devono essere smaltiti correttamente per evitare danni ambientali. Nel caso di fratturazione idraulica, l'acqua prodotta viene spesso smaltita nel sottosuolo in pozzi di iniezione, ma alcuni studi suggeriscono che questa pratica può comportare un aumento dei terremoti locali.

Un modo per trattare la salamoia è la distillazione a membrana, una tecnologia di desalinizzazione termica in cui il calore spinge il vapore acqueo attraverso una membrana, consentendo un ulteriore recupero dell'acqua mentre il sale rimane indietro. Però, le salamoie calde sono altamente corrosive, rendendo costosi gli scambiatori di calore e altri elementi del sistema nei tradizionali sistemi di distillazione a membrana. Per di più, perché il processo si basa sulla capacità termica dell'acqua, i recuperi a passaggio singolo sono piuttosto bassi (meno del 10 percento), portando a complicati requisiti di gestione del calore.

"In uno scenario ideale, la dissalazione termica consentirebbe il recupero di tutta l'acqua dalla salamoia, lasciando dietro di sé una piccola quantità di un solido, sale cristallino che potrebbe essere utilizzato o smaltito, " disse Jassby. "Purtroppo, gli attuali processi di distillazione a membrana si basano su un'alimentazione costante di salamoia calda sulla membrana, che limita il recupero dell'acqua attraverso la membrana a circa il 6%."

Per migliorare su questo, i ricercatori hanno sviluppato una membrana a base di nanotubi di carbonio autoriscaldante che riscalda solo la salamoia sulla superficie della membrana. Il nuovo sistema ha ridotto il calore necessario nel processo e ha aumentato la resa dell'acqua recuperata fino a quasi il 100%.

Oltre alle prestazioni di desalinizzazione notevolmente migliorate, il team ha anche studiato come l'applicazione di correnti alternate all'elemento riscaldante a membrana potrebbe prevenire la degradazione dei nanotubi di carbonio nell'ambiente salino. Nello specifico, è stata identificata una frequenza di soglia in cui è stata prevenuta l'ossidazione elettrochimica dei nanotubi, consentendo ai film di nanotubi di funzionare per periodi di tempo significativi senza riduzione delle prestazioni. Le intuizioni fornite da questo lavoro consentiranno di utilizzare elementi riscaldanti a base di nanotubi di carbonio in altre applicazioni in cui la stabilità elettrochimica dei nanotubi è un problema.