La scarsità d'acqua è un grave problema in tutto il mondo. "Colpisce tutti i continenti, "dice Amir Barati Farimani, un assistente professore di ingegneria meccanica alla Carnegie Mellon University. "Quattro miliardi di persone vivono in condizioni di grave scarsità d'acqua almeno un mese all'anno. Mezzo miliardo di persone vive in condizioni di grave scarsità d'acqua tutto l'anno".

Eppure, anche se le persone lottano senza accesso all'acqua potabile sicura, ci sono oceani di acqua imbevibile proprio fuori dalle loro porte. "Il 71% della superficie mondiale è coperta da acqua di mare, "Dice Barati Farimani. "Quindi questa è una contraddizione molto interessante".

Per combattere questo problema, Barati Farimani ha concentrato la sua ricerca sulla dissalazione dell'acqua. Questo è il processo in cui l'acqua di mare salata può essere trasformata in acqua dolce.

Ci sono molti modi per desalinizzare l'acqua, ma uno dei più efficaci è la desalinizzazione della membrana. In questo metodo, l'acqua viene spinta attraverso una sottile membrana con piccoli fori. L'acqua scorre attraverso i pori, ma gli ioni di sale non possono, lasciando solo acqua fresca dall'altra parte.

Nelle sue ultime ricerche, Barati Farimani esplora le potenzialità di un nuovo tipo di membrana, chiamato struttura metallo-organica (MOF). "Queste membrane sono costituite sia dal centro metallico che dal composto organico, " Dice Barati Farimani. Il composto organico e il metallo si collegano in uno schema pentagonale, lasciando un foro al centro che funge da poro. "Se li guardi, sono come un nido d'ape, " aggiunge Barati Farimani.

Ci sono un paio di ragioni per cui il framework è più efficace. Primo, è incredibilmente sottile. È uno spessore di pochi atomi, il che significa che c'è pochissimo attrito mentre le molecole d'acqua passano attraverso i pori.

Inoltre, il posizionamento dei pori aiuta con la permeazione. "Quando non hai pori adiacenti, c'è un'enorme pressione dal muro sulle molecole, " dice Barati Farimani. Questo rende meno efficiente il processo di dissalazione. Per capire perché, immagina di versare acqua in un imbuto. L'acqua si muove più lentamente attraverso il foro alla fine perché è spinta contro le pareti e forzata attraverso un piccolo spazio.

Il MOF, d'altra parte, ha più pori adiacenti. "Non c'è pressione dal lato del muro, " Dice Barati Farimani. "E questo dà loro questa opportunità di passare più facilmente attraverso il poro." Immagina di versare acqua questa volta attraverso un colino:si muove molto più velocemente, perché ha più punti di uscita attraverso i quali può fuggire.

Finalmente, il MOF ha una maggiore integrità strutturale rispetto ad altri materiali. Nella maggior parte dei materiali, gli scienziati devono praticare piccoli fori per creare i pori necessari, che limita la quantità che può essere creata per superficie. "Se vuoi creare molti pori, grafene o MoS ₂ non posso farlo, Dice Barati Farimani. "Strutturalmente non resistono alla pressione".

Ma grazie alla sua struttura a nido d'ape, MOF è intrinsecamente poroso. Ciò consente un rapporto più elevato tra pori e superficie. Consente inoltre di risparmiare tempo ed energia, poiché i pori non devono essere perforati, o anche regolato nelle dimensioni.

Le differenze tra il MOF e altre membrane tipiche sono notevoli, sia in termini di velocità di passaggio dell'acqua sia di quanti ioni vengono respinti. E questo è solo una simulazione di alcuni pori. Un impianto di desalinizzazione può avere miliardi di pori, aumentando la sua efficienza in modo esponenziale. "Nella scala di una grande operazione, sarebbe enorme, Dice Barati Farimani. «Anche un leggero aumento di efficienza significherebbe un enorme salto di qualità».

L'articolo di Barati Farimani sulla sua ricerca è stato pubblicato su Nano lettere , una rivista scientifica mensile peer-reviewed pubblicata dall'American Chemical Society. Si aggiunge a un crescente dibattito sulla desalinizzazione dell'acqua e rappresenta un importante passo avanti nel settore.

Oltre al mondo accademico, Barati Farimani spera che la sua ricerca possa avere un impatto nella vita delle persone. "Dobbiamo fornire acqua fresca a molte persone svantaggiate, come in Africa o in altri posti, ", dice. "Fondamentalmente questa è la nostra missione:renderla così efficiente dal punto di vista energetico da avere la desalinizzazione dell'acqua ovunque".