Rendere più efficiente la raccolta di acqua atmosferica è fondamentale nelle regioni aride

Acqua pulita dall’aria

In molte regioni del mondo, l’acqua dolce è una risorsa preziosa. La desalinizzazione è un’opzione già utilizzata, ma richiede energia: alcuni progressi nelle tecnologie solari potrebbero renderla più sostenibile. Nelle regioni aride lontane dalla costa, come parti dell’Asia centrale, della Mongolia, delle montagne cilene e del Sahara, desalinizzare acqua marina comporterebbe anche notevoli difficoltà di trasporto.

Un’altra possibilità consiste nel recuperare l’acqua presente nell’aria. L’umidità varia molto tra regioni e momenti della giornata; in alcune aree aride può essere sfruttata anche quando le precipitazioni sono scarse. È il principio della raccolta dell’acqua atmosferica. Abbiamo già descritto come il raffreddamento passivo e un rivestimento possano favorire la raccolta e il deflusso dell’acqua per gravità.

I ricercatori stanno studiando ulteriori miglioramenti, anche attraverso nuovi polimeri. Un gruppo dell’Osaka Metropolitan University ha pubblicato su ACS ES&T Water lo studio «Raccolta dell’acqua con polieteri liquidi a temperature prossime a quella ambiente mediante trasferimento indotto da differenze di idrofilia¹».

Adsorbimento dell’Acqua

Un metodo per raccogliere acqua dall’aria impiega materiali capaci di trattenere il vapore acqueo. Nell’adsorbimento, le molecole si accumulano sulla superficie di un materiale. Il fenomeno va distinto dall’assorbimento nel suo volume e dalla raccolta di goccioline già presenti nell’aria.

Un esempio familiare di materiale adsorbente è il gel di silice contenuto in molte confezioni commerciali. Questi materiali possono trattenere l’umidità dell’aria, con prestazioni che dipendono dalla loro composizione e dalle condizioni ambientali.

Fonte: Osaka Metropolitan University

Una difficoltà è recuperare l’acqua e rigenerare il materiale. Per i polimeri descritti dai ricercatori, il desorbimento convenzionale può richiedere temperature intorno a 100 °C, con un consumo energetico significativo. Il sistema sviluppato a Osaka mira a ridurre questa esigenza.

Desorbimento a Bassa Temperatura

Le interazioni che permettono al polimero di trattenere l’acqua possono anche ostacolarne il rilascio. Per questo molti processi richiedono riscaldamento durante la rigenerazione.

In precedenza, i ricercatori avevano studiato miscele di polietilenglicole (PEG) e polipropilenglicole oligomerico (PPG), sfruttando un meccanismo chiamato trasferimento dell’acqua indotto dalla differenza di idrofilia, o HWT.

In termini semplici, i componenti hanno affinità diverse per l’acqua. Il trasferimento tra essi può facilitarne il rilascio e la disgregazione degli aggregati di molecole d’acqua. Il nuovo adsorbente liquido consente il desorbimento a circa 35 °C, equivalenti a 95 °F.

L’aggiunta di componenti meno idrofili può però ridurre la quantità d’acqua trattenuta. Occorre quindi bilanciare capacità di raccolta e facilità di rigenerazione.

Copolimero PEG-PPG

Nel nuovo studio sono stati esaminati copolimeri PEG-PPG e miscele polimeriche per migliorare questo equilibrio.

Fonte: Pubblicazioni ACS

Il copolimero statistico PEG-PPG ha fornito risultati promettenti nelle condizioni sperimentali:

• Il recupero dell’acqua è stato possibile a bassa temperatura.
• La velocità di raccolta dell’acqua ha superato quella del solo PEG nel confronto sperimentale.

Il copolimero statistico PEG-PPG ha mostrato la velocità di raccolta dell’acqua più elevata tra i materiali confrontati, superiore a quella del PEG. Il miglioramento è stato attribuito all’azione combinata del trasferimento HWT e della disgregazione degli aggregati d’acqua.

Applicazioni

La rigenerazione a temperature più basse potrebbe ridurre l’energia necessaria al recupero dell’acqua. Il beneficio ambientale complessivo dipenderà però dall’efficienza dell’intero sistema e dalle condizioni d’impiego.

«I miglioramenti di questa tecnologia dovrebbero contribuire a ridurre le emissioni di gas serra e a utilizzare le risorse idriche in modo più efficiente. Ora puntiamo a migliorare l’adsorbente liquido e l’efficienza dell’intero sistema per renderlo utilizzabile nella pratica.»

Masahide Takahashi, professore presso l’Osaka Metropolitan University

Poiché 35 °C, cioè 95 °F, sono più facili da raggiungere rispetto a 100 °C, si potrebbe valutare l’uso del ciclo termico tra giorno e notte. È un’ipotesi interessante per alcune regioni calde, tra cui parti del Sahara, del Medio Oriente, dell’India, del Messico e del sud-ovest degli Stati Uniti, ma richiede verifiche sulle condizioni locali.

In regioni più fredde, come la Mongolia, raggiungere 35 °C potrebbe essere più difficile. Un concentratore solare potrebbe fornire calore, ma questa possibilità non dimostra che il sistema possa funzionare in modo completamente passivo. Raccolta, condensazione e qualità dell’acqua devono essere valutate nel loro insieme.

Tra le possibili applicazioni future rientrano anche interventi in aree con urgente necessità d’acqua. Lo studio non descrive però un dispositivo già pronto per una distribuzione rapida su larga scala.

“Questa tecnologia ha il potenziale di essere applicata non solo all’approvvigionamento idrico in regioni aride e in luoghi con risorse energetiche limitate, ma anche per garantire l’accesso all’acqua in tempi di disastri ed emergenze.”

Arisa Fukatsu, ricercatrice presso l’Osaka Metropolitan University

La ricerca apre inoltre la strada a ulteriori sviluppi. La composizione studiata non è necessariamente la migliore possibile.

Altri polimeri con diversa idrofilia potrebbero essere esaminati sistematicamente. Migliorare la quantità d’acqua recuperata, l’efficienza e la durata dei materiali potrebbe avvicinare questa tecnologia a un impiego pratico.

Un’azienda che affronta la scarsità d’acqua

Xylem Inc.

Insieme a gruppi come Veolia, Xylem è un importante operatore nelle tecnologie per il trattamento e la gestione dell’acqua. Nei documenti disponibili nel 2024 indicava circa 23.000 dipendenti e clienti in circa 150 Paesi. La presentazione agli investitori riportava oltre 6.000 ingegneri e addetti alle vendite complessivamente e più di 35.000 clienti industriali diretti.

I mercati principali comprendono l’acqua potabile e le acque reflue per i servizi pubblici. L’azienda offre anche soluzioni per sanità, produzione di energia, alimenti e bevande, petrolio e gas, microelettronica e altri settori.

Fonte: Xylem

Xylem fornisce apparecchiature per trattare e gestire l’acqua, tra cui sistemi a ozono e UV, membrane e soluzioni per acqua ad alta purezza. Il portafoglio comprende inoltre pompe, tubazioni, sistemi di dosaggio, software e servizi di manutenzione, riparazione e installazione.

Fonte: Xylem

Il mercato idrico rimane frammentato. Pur essendo tra i maggiori operatori, Xylem rappresentava circa il 10 % del mercato accessibile servito, stimato dall’azienda in 80 miliardi di dollari nel 2024. Si tratta di una stima aziendale, non dell’intero mercato mondiale dell’acqua.

L’azienda investe in ricerca e sviluppo e potrebbe beneficiare della domanda di trattamenti legata alle norme sui PFAS, sostanze per- e polifluoroalchiliche, spesso definite «inquinanti eterni». La presentazione del 2024 citava circa 6.000 gestori idrici statunitensi che avrebbero potuto necessitare di trattamenti, richiamando una stima EPA. Ciò non equivale a ordini già acquisiti da Xylem.

L’utile netto di Xylem è passato da 297 milioni di dollari nel 2012 a 609 milioni nel 2023. Nei quattro trimestri del 2023, il margine EBITDA rettificato riportato nella presentazione variava dal 17,4 % al 21,9 %.

L’esposizione a infrastrutture e servizi idrici può rendere alcuni ricavi relativamente resilienti. Xylem rimane tuttavia un fornitore industriale e tecnologico, con un profilo diverso da quello di un gestore di servizi pubblici e con rischi legati a investimenti, clienti e condizioni economiche.

Riferimento allo Studio:

^{1. Ikegawa, D., Fukatsu, A., Okada, K., & Takahashi, M. (2024). Liquid polyether-based water harvester for near ambient temperature operation via hydrophilicity-difference-induced water transfer. ACS ES&T Water. https://doi.org/10.1021/acsestwater.4c00775}