Energia
Una Nuova Comprensione dell’Evaporazione Potrebbe Vedere i Fotoni Migliorare i Processi di Desalinizzazione Attraverso l’Effetto ‘Fotomolecolare’
Fino a poco tempo fa, c’erano poche variabili concordate che potevano influenzare/causare l’evaporazione dell’acqua – il processo mediante il quale l’acqua passa dallo stato liquido a quello gassoso. Tuttavia, una nuova ricerca proveniente dal Massachusetts Institute of Technology (MIT) è destinata a ribaltare questa visione, indicando una nuova comprensione di come i semplici fotoni (luce) possano svolgere un ruolo sproporzionato nel processo. Con ciò in mente, i ricercatori hanno scoperto che i fotoni possono evaporare l’acqua sia insieme al calore sia in sua assenza.
Variabili Preesistenti
Prima di approfondire perché questa scoperta sia importante, prenditi un momento per rinfrescare la lista delle variabili che influenzano l’evaporazione.
- Calore: La causa principale dell’evaporazione è il calore. Le molecole d’acqua sono sempre in movimento e, man mano che acquisiscono energia termica, il loro movimento aumenta. Quando l’energia è sufficiente a superare le forze intermolecolari che tengono le molecole unite nello stato liquido, possono sfuggire nell’aria sotto forma di vapore.
- Area Superficiale: La velocità di evaporazione dipende anche dall’area di superficie dell’acqua. Un’area più ampia consente a più molecole di essere esposte all’aria, dove possono evaporare.
- Umidità: La quantità di vapore acqueo già presente nell’aria influisce sull’evaporazione. Se l’aria è già satura di vapore acqueo, l’evaporazione sarà più lenta. Questo perché più è alta l’umidità, più è basso il tasso di evaporazione a causa della minore capacità dell’aria di accogliere ulteriori molecole d’acqua.
- Movimento dell’Aria: Il vento o il movimento dell’aria possono trasportare via il vapore acqueo appena si forma, riducendo l’umidità appena sopra l’acqua e consentendo a più acqua di evaporare.
- Pressione: Anche la pressione atmosferica influisce sull’evaporazione. Quando la pressione atmosferica è più bassa, l’acqua bolle a una temperatura più bassa e evapora più rapidamente. Un’alta pressione atmosferica può inibire l’evaporazione.
- Temperatura dell’Acqua: Oltre alle fonti di calore esterne, la temperatura stessa dell’acqua è un fattore. L’acqua più calda evapora più rapidamente perché le sue molecole hanno, in media, più energia.
In sostanza, l’acqua evapora quando le sue molecole hanno sufficiente energia per liberarsi dalla fase liquida e diventare vapore acqueo. Questo processo è influenzato da temperatura, umidità, pressione, vento e dalle caratteristiche fisiche del corpo d’acqua stesso. Ora, possiamo aggiungere l’esposizione ai fotoni alla lista.
Da Non Confondere
Vaporizzazione: Un termine generale che include l’evaporazione ma comprende anche l’ebollizione, dove il liquido si trasforma in vapore al suo punto di ebollizione in tutto il volume del liquido.
Condensazione: Il processo inverso dell’evaporazione che comporta il raffreddamento di un gas, il quale porta alla sua transizione in fase liquida.
L’evaporazione, d’altra parte, è un tipo di vaporizzazione che avviene sulla superficie di un liquido al di sotto del suo punto di ebollizione.
Come È Stato Raggiunto?
Allora, come hanno scoperto i ricercatori del MIT che i fotoni possono essere aggiunti alla lista delle variabili associate all’evaporazione? I risultati del team sono stati ottenuti attraverso una serie di esperimenti e simulazioni focalizzati sul comportamento di evaporazione dell’acqua quando è contenuta all’interno di un idrogel. Questo lavoro è stato avviato inizialmente mentre il team cercava di comprendere e confermare esperimenti precedenti che avevano prodotto risultati in cui i tassi di evaporazione dell’acqua superavano il limite termico previsto – la quantità massima di evaporazione possibile quando viene applicata una certa quantità di calore.
Per ricreare questi risultati, i ricercatori hanno utilizzato un ‘simulatore solare’. Qui, gli idrogel saturi sono stati sottoposti a varie lunghezze d’onda della luce in assenza di calore. Curiosamente, i risultati hanno mostrato che, nonostante l’assenza di influenza del calore, si è verificata una perdita di massa misurabile nel tempo, con le differenze più marcate quando è stata utilizzata luce verde. Poiché la risposta era indipendente dagli effetti termici, è stato confermato che la luce, non il calore, era la causa dell’evaporazione.
Alla fine, i ricercatori hanno scoperto che, contro le aspettative convenzionali, una combinazione di acqua e idrogel ha permesso di sfruttare l’energia dei fotoni per guidare l’evaporazione oltre i limiti termici conosciuti. Il processo è ora chiamato ‘effetto fotomolecolare’.
Perché È Importante?
Questa scoperta dell’effetto fotomolecolare potrebbe rivoluzionare diverse industrie e scienze ambientali. Potrebbe estendersi a includere sistemi di stoccaggio e recupero di energia rinnovabile, dove i tassi di evaporazione controllati sono fondamentali. Ad esempio, ciò potrebbe portare allo sviluppo di nuovi materiali o superfici progettate per massimizzare l’evaporazione dell’acqua per lo stoccaggio di energia in climi aridi.
In agricoltura, questo principio potrebbe essere utilizzato per sviluppare sistemi di irrigazione più efficienti che minimizzano la perdita d’acqua limitando l’esposizione a determinate lunghezze d’onda, conservando così l’acqua mentre si sostiene la crescita delle piante.
Nel campo della meteorologia, comprendere l’effetto fotomolecolare potrebbe migliorare i modelli di previsione meteorologica fornendo una rappresentazione più accurata della dinamica del ciclo dell’acqua.
Inoltre, le industrie farmaceutica e alimentare, che spesso dipendono da processi di essiccazione precisi, potrebbero vedere miglioramenti nell’efficienza e nel controllo della rimozione dell’umidità dai prodotti.
Infine, nella pianificazione urbana e nello sviluppo di architettura sostenibile, questa scoperta potrebbe ispirare sistemi di raffreddamento innovativi che utilizzano l’energia solare in modo più efficiente, riducendo la dipendenza dal condizionamento d’aria tradizionale e contribuendo a progetti edilizi a risparmio energetico.
I Primi a Beneficiare dei Fotoni
Sebbene esista una grande varietà di industrie che potrebbero vedere miglioramenti di efficienza dei processi grazie a questa nuova comprensione dell’evaporazione, i ricercatori dietro la scoperta ritengono che l’esempio più ovvio siano quelli coinvolti nella desalinizzazione solare dell’acqua salata.
La desalinizzazione è semplicemente il processo mediante il quale sale e minerali vengono rimossi dall’acqua, rendendola adatta sia al consumo che all’irrigazione. Con l’aumento delle energie rinnovabili, questo processo è sempre più alimentato dall’energia solare. Di seguito sono elencate le aziende coinvolte nella desalinizzazione solare, che potrebbero presto beneficiare dei risultati discussi sopra.
Consolidated Water (NASDAQ: CWCO): Con sede nelle Isole Cayman, Consolidated Water è cresciuta dalla sua fondazione nel 1973 fino a diventare una società multinazionale specializzata in impianti di desalinizzazione dell’acqua di mare.
Al momento della stesura, Consolidated Water vantava le seguenti metriche.
Capitalizzazione di mercato:$465,675,764
P/E previsto 1 anno: 20.06
Utile per Azione (EPS): N/A
Solar Water Plc: Questa azienda con sede nel Regno Unito ha sviluppato una tecnologia a cupola solare destinata a desalinizzare l’acqua di mare, mirata in particolare a regioni con alta irradiamento solare e scarse risorse di acqua dolce.
