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Jan 29, 2024

Dall'acqua di mare all'acqua potabile, con la semplice pressione di un pulsante

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I ricercatori del MIT hanno sviluppato un’unità di desalinizzazione portatile, del peso di meno di 10 chilogrammi, in grado di rimuovere particelle e sali per generare acqua potabile.

Il dispositivo, grande quanto una valigia, che richiede meno energia per funzionare rispetto a un caricabatterie per cellulare, può anche essere alimentato da un piccolo pannello solare portatile, che può essere acquistato online per circa 50 dollari. Genera automaticamente acqua potabile che supera gli standard di qualità dell'Organizzazione Mondiale della Sanità. La tecnologia è racchiusa in un dispositivo facile da usare che funziona con la semplice pressione di un pulsante.

A differenza di altre unità di desalinizzazione portatili che richiedono il passaggio dell'acqua attraverso i filtri, questo dispositivo utilizza l'energia elettrica per rimuovere le particelle dall'acqua potabile. L'eliminazione della necessità di filtri sostitutivi riduce notevolmente le esigenze di manutenzione a lungo termine.

Ciò potrebbe consentire all’unità di essere schierata in aree remote e con risorse gravemente limitate, come comunità su piccole isole o a bordo di navi mercantili. Potrebbe anche essere utilizzato per aiutare i rifugiati in fuga da catastrofi naturali o dai soldati che effettuano operazioni militari a lungo termine.

"Questo è davvero il culmine di un viaggio di 10 anni che io e il mio gruppo abbiamo intrapreso. Abbiamo lavorato per anni sulla fisica alla base dei singoli processi di desalinizzazione, ma mettendo tutti questi progressi in una scatola, costruendo un sistema e dimostrandolo in l'oceano, è stata un'esperienza davvero significativa e gratificante per me", afferma l'autore senior Jongyoon Han, professore di ingegneria elettrica e informatica e di ingegneria biologica e membro del Laboratorio di ricerca di elettronica (RLE).

Insieme a Han nell'articolo ci sono il primo autore Junghyo Yoon, uno scienziato ricercatore in RLE; Hyukjin J. Kwon, ex postdoc; SungKu Kang, un postdoc presso la Northeastern University; ed Eric Brack del Comando per lo sviluppo delle capacità di combattimento dell'esercito americano (DEVCOM). La ricerca è stata pubblicata online su Environmental Science and Technology.

Tecnologia senza filtri

Le unità di desalinizzazione portatili disponibili in commercio richiedono in genere pompe ad alta pressione per spingere l'acqua attraverso i filtri, che sono molto difficili da miniaturizzare senza compromettere l'efficienza energetica del dispositivo, spiega Yoon.

Invece, la loro unità si basa su una tecnica chiamata polarizzazione della concentrazione ionica (ICP), che è stata sperimentata dal gruppo di Han più di 10 anni fa. Invece di filtrare l’acqua, il processo ICP applica un campo elettrico alle membrane poste sopra e sotto un canale d’acqua. Le membrane respingono le particelle caricate positivamente o negativamente, comprese le molecole di sale, i batteri e i virus, mentre scorrono. Le particelle cariche vengono incanalate in un secondo flusso d'acqua che alla fine viene scaricato.

Il processo rimuove sia i solidi disciolti che quelli sospesi, consentendo all'acqua pulita di passare attraverso il canale. Poiché richiede solo una pompa a bassa pressione, l’ICP utilizza meno energia rispetto ad altre tecniche.

Ma l'ICP non sempre rimuove tutti i sali che galleggiano nel mezzo del canale. Quindi i ricercatori hanno incorporato un secondo processo, noto come elettrodialisi, per rimuovere gli ioni salini rimanenti.

Yoon e Kang hanno utilizzato l'apprendimento automatico per trovare la combinazione ideale di moduli ICP ed elettrodialisi. La configurazione ottimale prevede un processo ICP a due fasi, con l'acqua che scorre attraverso sei moduli nella prima fase, quindi attraverso tre nella seconda fase, seguito da un singolo processo di elettrodialisi. Ciò ha ridotto al minimo il consumo di energia garantendo al tempo stesso che il processo rimanga autopulente.