Acqua dall’aria nel deserto: messo a punto un sistema per estrarre acqua dolce ovunque

Un team di ricercatori ha sviluppato un sistema che può estrarre in modo affidabile litri d’acqua dall’aria sottile ogni giorno, senza richiedere una frequente manutenzione manuale. 

Il sistema passivo è una versione avanzata del metodo di estrazione atmosferica dell’acqua guidata dal sole (SAWE), che può produrre continuamente acqua dolce quando si presenta la luce solare. Il risutlato è stato pubblicato su Nature.

Migliorando il design per consentire un migliore movimento dei materiali e un uso efficiente dell’energia, il sistema può produrre in modo costante 0,65 litri di acqua dolce per metro quadrato all’ora, in presenza di una luce solare standard e di un’umidità del 90 percento.

Secondo i ricercatori della King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) in Arabia Saudita, funziona anche in aree secche con un’umidità del 40 percento. Il sistema è destinato alla generazione di acqua dolce e alle iniziative di irrigazione fuori rete.

Raccoglitore solare autocommutante

Sebbene il concetto e la tecnologia di raccolta dell’acqua dall’aria all’acqua non siano nuovi, gli attuali sistemi a energia solare sono ingombranti.

I raccoglitori che funzionano con l’elettricità solare seguono un ciclo a due fasi. L’acqua viene prima prelevata dall’aria tramite una sostanza assorbente e, una volta saturata, il sistema viene sigillato e riscaldato dalla luce solare per estrarre l’acqua.

Secondo il team, sono necessari un lavoro fisico e un sistema di commutazione per alternare i due processi, il che aumenta la complessità e le spese.

Il nuovo raccoglitore creato al KAUST non ha bisogno di nessuno dei due; al contrario, può funzionare costantemente senza assistenza, passando passivamente tra le due fasi.

a Schema dell’architettura del sistema e del processo di produzione di acqua dolce, che comprende (I) la cattura dell’acqua atmosferica da parte della parte inferiore della struttura MTBs esposta all’ambiente, (II) la generazione di vapore guidata dal sole dalla parte superiore della struttura MTBs racchiusa in una camera, (III) la condensazione del vapore sulla superficie interna della camera e (IV) la raccolta di acqua dolce dalla condensazione. b Illustrazione del trasporto di calore e massa. (I): Il calore generato dall’assorbitore solare viene condotto verso il basso lungo le MTB. (II): Quando il vapore viene rilasciato, i sorbenti vengono spinti verso il basso lungo le MTB a causa del gradiente di concentrazione, mentre le molecole d’acqua catturate vengono traspirate, viaggiando verso l’alto lungo le MTB. c Illustrazione dell’irrigazione off-grid dirigendo l’acqua prodotta (da a) alle radici delle piante.

“La nostra ispirazione iniziale è venuta dall’osservazione dei processi naturali: in particolare, come le piante trasportano in modo efficiente l’acqua dalle radici alle foglie attraverso strutture specializzate”, ha detto Kaijie Yang, borsista post-dottorato presso il KAUST e leader dello studio, in un comunicato.

Soluzione per avere acqua a basso costo

Il team ha sviluppato un nuovo sistema ispirato a un’idea chiave: utilizzare ponti di trasporto di massa come collegamento vitale tra la cattura dell’acqua atmosferica e la generazione di acqua dolce.

Questi ponti sono costituiti da microcanali verticali riempiti con una soluzione salina che assorbe l’acqua. La soluzione ricca d’acqua viene aspirata dai canali attraverso l’azione capillare, simile al modo in cui l’acqua si muove lungo i fusti delle piante.

Quando la soluzione si concentra, si diffonde nuovamente verso il basso, consentendo al processo di ripetersi e di raccogliere più acqua. Secondo i ricercatori, il design innovativo collega in modo efficiente la sezione aperta per la cattura dell’acqua con la sezione chiusa per la produzione di acqua dolce.

“Ottimizzando il trasporto della massa e del calore all’interno del sistema, ne abbiamo migliorato l’efficienza e l’efficacia”, ha detto Tingting Pan, un altro borsista post-dottorato del KAUST che ha lavorato al progetto.

Gli esperimenti condotti dal team hanno rivelato che ogni metro quadro produceva da due a tre litri di acqua al giorno in estate e da uno a tre litri al giorno in autunno, mentre il sistema veniva testato in Arabia Saudita.

Durante i test, l’equipaggio ha fatto funzionare il sistema senza manutenzione per diverse settimane. Inoltre, hanno dimostrato come può essere utilizzato come fonte diretta per l’irrigazione di piante del deserto e del cavolo cinese.

“I materiali che abbiamo utilizzato sono un tessuto che assorbe l’acqua, un sale igroscopico a basso costo e un telaio a base di plastica. Abbiamo scelto i materiali per la loro economicità e disponibilità, quindi prevediamo che il costo sia accessibile per un’applicazione su larga scala in aree a basso reddito”, ha detto Qiaoqiang Gan, uno degli autori senior dello studio.

Quindi questa soluzione potrebbe fornire acqua a costi contenuti, e con impatto ambientale minimo, alle zone desertiche.