Un'ondata di tempeste che ha colpito il Texas negli ultimi anni, dall'uragano Harvey nel 2017 al gelo nel 2021, ha messo in pericolo grandi fasce della popolazione e ha lasciato milioni di persone senza elettricità o acqua per lunghi periodi.
Queste calamità sono servite anche a motivare una ricercatrice dell’Università del Texas ad Austin a concentrare nuovamente il suo lavoro su innovazioni che possano aiutare le comunità a rispondere a eventi meteorologici gravi. Il suo ultimo progetto è un dispositivo delle dimensioni di una tazza in grado di pulire rapidamente l'acqua utilizzando una piccola scossa di elettricità per estrarre le cellule batteriche. Negli esperimenti di laboratorio, il dispositivo è stato in grado di rimuovere il 99,997% dei batteri E. coli da campioni da 2 a 3 once prelevati da Waller Creek ad Austin in circa 20 minuti, con la capacità di fare di più.
"Siamo in grado di pulire l'acqua utilizzando pochissima energia perché guidiamo le cellule batteriche con campi elettrici, e la maggior parte delle cellule batteriche sono nuotatori naturali che si spingono verso gli elettrodi e vengono catturati vivi", ha detto D. Emma Fan, professore associato presso l'Università Walker Department of Mechanical Engineering della Cockrell School of Engineering, che ha guidato la ricerca pubblicata di recente su ACS Nano .
La chiave del dispositivo è un elettrodo “ramificato” precedentemente creato dal gruppo di ricerca. La struttura dell'elettrodo brevettato si basa su un apparato radicale di un albero con rami che si spostano in diverse direzioni.
Quando elettrificato, il dispositivo crea un campo verso il quale vengono attratte le cellule di E. coli. "Nuotano" volentieri nei rami degli elettrodi.
L'elettrodo è realizzato in schiuma di grafite, compatibile e durevole nei campi elettrici e può funzionare continuamente per molte ore. Oltre alla sua efficienza, il dispositivo è poco costoso:creare l'elettrodo rivestito in schiuma costa meno di 2 dollari.
Inoltre è semplice da usare. Per prima cosa, immergere la tazza piena di elettrodi nell'acqua. Quindi, dagli una scossa elettrica, attendi e lascia che gli elettrodi catturino i batteri. Quindi attendere e rimuovere l'acqua, che ora è potabile.
I ricercatori stanno ora cercando modi per commercializzarlo e poi vogliono semplificare il design della tazza. Quello utilizzato per pulire l'acqua di Waller Creek è un prototipo stampato in 3D. Il team vuole semplificare ulteriormente il processo di inserimento e rimozione degli elettrodi.
Dei numerosi metodi attuali per la semplice filtrazione dell’acqua commerciale, ciascuno presenta un difetto significativo. Le pillole disinfettanti possono rilasciare ossidanti che possono essere dannosi se ingeriti. I sistemi a osmosi inversa richiedono un'elevata pressione dell'acqua, mentre la vaporizzazione solare necessita di luce solare costante, il che è inaffidabile in caso di disastri naturali.
Inoltre, l'utilizzo dell'energia elettrica consente l'integrazione con batterie per l'accumulo di energia e può essere facilmente utilizzato a casa, in ufficio o in macchina. Inoltre, il costo energetico è molto inferiore a quello di varie tecnologie emergenti, ad esempio un millesimo di quello della vaporizzazione solare.
L'elettrodo utilizzato nel dispositivo è stato originariamente creato per i supercondensatori. Stime che la popolazione del Texas raddoppierà entro il 2050 e necessità di ricerca per affrontare la resilienza dopo che Harvey ha motivato Fan a concentrare il suo lavoro sui disastri naturali.
In caso di interruzione di corrente o di avviso di acqua bollente, una persona che possedeva un dispositivo con questa tecnologia poteva guidare fino a un ruscello o un ruscello, collegarlo alla batteria dell'auto tramite un semplice convertitore DC-AC e purificare l'acqua. da portare a casa come scorta da bere. Con lo stesso principio può essere alimentato anche tramite pannelli solari.
"Quando la nostra infrastruttura idrica è inattiva - senza acqua, senza gas e senza elettricità - abbiamo bisogno di dispositivi nei punti di utilizzo per pulire l'acqua che possiamo estrarre da stagni, ruscelli o fiumi", ha affermato Fan. "Crediamo che un giorno il nostro dispositivo potrà soddisfare questa esigenza."
Ulteriori informazioni: Xianfu Luo et al, Disinfezione portatile di acqua sfusa mediante cattura dal vivo di batteri con grafite porosa ramificata divergente in campi elettrici, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.2c12229
Informazioni sul giornale: ACS Nano
Fornito dall'Università del Texas ad Austin
