Desalinizzazione dell’acqua marina mediante l’energia solare

Alcuni scienziati del Massachusetts Institute of Technology (MIT), in collaborazione con colleghi cinesi, sono riusciti a realizzare un sistema di desalinizzazione passiva ad energia solare in grado di fornire oltre 1,5 litri di acqua potabile all’ora per ogni metro quadrato dell’area che riceve energia dal Sole.

La desalinizzazione (o dissalazione) passiva significa non dover ricorrere all’ausilio di macchinari e a ridurre notevolmente i costi.

Sistemi del genere, potenzialmente, potrebbero alimentare aree costiere non allacciate alla rete idrica e fornire così efficientemente acqua a basso costo.

Il sistema, sperimentato presso il MIT, utilizza più strati di evaporatori e condensatori solari piatti, allineati e disposti in posizione verticale, e sormontati da isolanti in aerogel trasparente.

Questo sistema è efficacemente descritto sulla rivista Energy and Environmental Science, in un articolo dei ricercatori Lenan Zhang e Lin Zhao, guidati da Zhenyuan Xu, docente di Ingegneria meccanica del MIT, assieme al direttore del Dipartimento, Evelyn Wang, e in collaborazione con altri otto ricercatori, tra appartenenti al MIT ed all’Università Jlao Tong di Shanghai, in Cina.

La chiave della funzionalità del sistema è il modo in cui viene utilizzata ciascuna delle fasi multiple per la dissalazione dell’acqua.

In ogni fase, infatti, il calore rilasciato dalla fase precedente viene sfruttato, anziché sprecato.

In questo modo, il dispositivo allestito dal team può raggiungere un’efficienza complessiva del 385 per cento dalla conversione dell’energia solare in energia per l’evaporazione dell’acqua.

Il dispositivo è, sostanzialmente, un distillatore solare a vari strati, con una serie di componenti per l’evaporazione e la condensazione, un po’ come quelli usati per distillare i liquori.

Il procedimento utilizza pannelli piatti per l’assorbimento del calore e per il suo trasferimento ad uno strato d’acqua, in modo che questa inizi ad evaporare.

Il vapore si condensa sul pannello successivo, da cui l’acqua viene raccolta, mentre il calore della condensa del vapore viene trasferito allo strato succcessivo.

E’ noto che, allorchè il vapore si condensa su una superficie, si ha sempre rilascio di calore.

Nei tipici sistemi di condensazione, questo calore si disperde nell’ambiente. Ma in questo evaporatore multistrato il calore rilasciato viene inviato da uno strato al successivo per una nuova evaporazione, riciclando così il calore solare e aumentando l’efficienza complessiva.

“Quando l’acqua si condensa, rilascia energia sotto forma di calore”, conferma Wang. “Così, se disponiamo di più livelli, possiamo sfruttare quel calore, invece di disperderlo”.

La presenza di più strati aumenta l’efficienza di conversione per la produzione di acqua potabile, ma ogni strato aggiunge anche costi e ingombro al sistema.

Per il suo dispositivo, i ricercatori hanno così optato per un sistema a 10 stadi che è stato testato sul tetto di un edificio del MIT.

Il dispositivo ha fornito acqua pura che superava gli standard di acqua potabile della città ad una velocità di 5,78 litri per metro quadrato di area di raccolta dell’energia solare.

Secondo Wang, questo è più del doppio rispetto alla quantità record precedentemente prodotta da un tale sistema di desalinizzazione passiva ad energia solare.

L’unità dimostrativa è stata costruita con materiali economici e facilmente disponibili, come un assorbitore solare d’uso commerciale e asciugamani di carta per portare l’acqua a contatto con l’assorbente solare.

“Nella maggior parte degli altri tentativi di realizzare sistemi di desalinizzazione solare passiva, il materiale per l’assorbimento solare e il materiale di assorbimento erano dati da un singolo componente, che richiede, però, materiali specializzati e costosi”, afferma Wang. “Noi siamo stati in grado di aggirare questo ostacolo”.

Il componente più costoso del prototipo è uno strato di aerogel trasparente usato come isolante nella parte superiore dell’impianto, ma i ricercatori suggeriscono che potrebbero essere usati, in alternativa, altri isolanti meno costosi.

(L’aerogel stesso è realizzato in silice economica, ma per la sua fabbricazione richiede apparecchiature di essiccazione specializzate; in altri termini, costi).

Wang ritiene comunque che il suo modello di sistema passivo multistrato sia perfezionabile, sia per quanto riguarda i materiali che le strutture di supporto.

Un’altra possibile configurazione potrebbe essere fatta da pannelli galleggianti su un corpo di acqua salata, ad esempio un laghetto, asserisce lo scienziato. Si potrebbe allora avere un rifornimento costante di acqua dolce, purchè tuttavia il cielo rimanga sereno e il sole splenda ogni giorno.

Altri sistemi potrebbero essere progettati per servire una singola famiglia, magari usando un pannello piatto su un grande serbatoio poco profondo, con acqua di mare che potrebbe essere pompata o trasportata.

Il team stima che un sistema con un’area di raccolta solare di circa un metro quadrato potrebbe soddisfare il fabbisogno giornaliero di acqua potabile per ogni persona.

Riguardo i costi, si presume che un sistema del genere per le necessità di una famiglia non superi i 100 dollari.

I ricercatori proseguiranno ad ulteriori esperimenti per continuare ad ottimizzare la scelta dei materiali e delle configurazioni, per migliorare il design dei dispositivi su scala di laboratorio in modo che possa essere più adatto ai consumatori.

La speranza è che alla fine si possa alleviare la scarsità d’acqua in quelle parti del mondo in via di sviluppo in cui l’elettricità affidabile è scarsa ma l’acqua di mare e la luce del sole abbondano.