Ottenere acqua potabile dall'umidità 24 ore su 24

L'acqua dolce è scarsa in molte parti del mondo e deve essere estratta con grandi spese. In prossimità del mare, l'acqua marina può essere desalinizzata, il che richiede una grande quantità di energia. Più lontano dalla costa, l'unica opzione pratica è quella di condensare l'umidità attraverso il raffreddamento, con un elevato apporto energetico o come "tecnologia passiva" utilizzando le differenze di calore giorno-notte. Tuttavia, con le tecnologie passive esistenti, come le pellicole che raccolgono la rugiada, l'acqua può essere ottenuta solo di notte. Questo perché le pellicole sono riscaldate dal sole durante il giorno, rendendo impossibile la condensazione.

Autoraffreddamento e schermatura dalle radiazioni

I ricercatori dell'ETH di Zurigo hanno ora sviluppato una tecnologia che permette per la prima volta di produrre acqua 24 ore su 24, anche sotto il sole cocente, senza bisogno di alimentazione. Il nuovo dispositivo consiste essenzialmente in un disco di vetro appositamente rivestito che, da un lato, riflette la radiazione solare e, dall'altro, irradia il proprio calore. Di conseguenza, si raffredda da solo, fino a 15 gradi Celsius al di sotto della temperatura ambiente. Sul lato inferiore di questa lastra, il vapore acqueo dell'aria si condensa in acqua. Il processo è lo stesso che si può osservare sui vetri delle finestre mal isolate in inverno.

Gli scienziati hanno rivestito il disco di vetro utilizzato con un polimero e argento. Questo speciale rivestimento fa sì che il vetro emetta una certa gamma di lunghezze d'onda di radiazioni infrarosse. La radiazione in questa gamma non viene assorbita dall'atmosfera e non viene riflessa sul vetro dai componenti molecolari dell'aria. Un altro componente chiave del sistema è uno schermo antiradiazioni a forma di cono di nuova concezione. Questo scherma in gran parte la radiazione termica dell'aria e la radiazione solare sul vetro, ma allo stesso tempo consente la suddetta radiazione termica e quindi il raffreddamento.

Vicino all'optimum teorico

I test condotti sul tetto di un edificio dell'ETH di Zurigo in condizioni reali hanno dimostrato che la nuova tecnologia è in grado di produrre almeno il doppio dell'acqua per superficie al giorno rispetto alle migliori tecnologie passive precedenti che funzionano con film: Il piccolo impianto pilota con un diametro del disco di 10 centimetri ha prodotto 4,6 millilitri di acqua al giorno in condizioni reali. Sistemi più grandi fornirebbero più acqua in base alla loro maggiore superficie. In condizioni ideali, si possono ottenere fino a 0,53 decilitri di acqua per metro quadrato di superficie del disco all'ora, come hanno potuto dimostrare gli scienziati. "Questo valore è vicino a quello massimo teorico di 0,6 decilitri all'ora, che non può essere superato per motivi fisici", spiega Iwan Hächler. È un dottorando del gruppo di Dimos Poulikakos, professore di termodinamica all'ETH di Zurigo.

Con altre tecnologie, di solito l'acqua condensata deve essere rimossa da una superficie, il che richiede energia. Altrimenti, una parte significativa dell'acqua condensata rimarrebbe sulla superficie, non potrebbe essere utilizzata e ostacolerebbe un'ulteriore condensazione. I ricercatori dell'ETH hanno dotato il disco del loro condensatore d'acqua di un rivestimento superidrofobico (estremamente idrorepellente) sul lato inferiore. Di conseguenza, l'acqua condensata rotola via da sola dalla superficie. "A differenza di altre tecnologie, possiamo davvero fare a meno di energia aggiuntiva, il che rappresenta un vantaggio decisivo", afferma Hächler.

L'obiettivo dei ricercatori era quello di sviluppare una tecnologia per i paesi con scarsità d'acqua e, in particolare, per i paesi in via di sviluppo e di recente industrializzazione. Ora anche altri scienziati hanno la possibilità di sviluppare ulteriormente questa tecnologia o di combinarla con altri metodi, come la desalinizzazione dell'acqua, per aumentarne la resa, come affermano i ricercatori dell'ETH. La produzione dei dischi rivestiti è relativamente semplice. È possibile produrre condensatori d'acqua più grandi dell'attuale impianto pilota. Analogamente al modo in cui diversi moduli sono installati l'uno accanto all'altro nelle celle solari, diversi condensatori d'acqua potrebbero essere collocati l'uno accanto all'altro per formare un sistema più grande.