L’energia solare può fare più che fornire energia pulita – può generare acqua pulita nelle regioni aride

In nazioni come Canada e Brasile, l’accesso all’acqua dolce è raramente una preoccupazione.  Tuttavia, la realtà è che esistono numerose regioni popolate e aride in tutto il mondo dove l’acqua dolce è un lusso.  Fortunatamente, esistono già soluzioni in atto e in fase di sviluppo per affrontare questo problema – come i raccoglitori d’acqua atmosferica (AWH)

In una recente scoperta, i ricercatori hanno sviluppato un potenzialmente rivoluzionario raccoglitore d’acqua atmosferica sfruttando una tecnologia di adsorbimento passivo alimentata da energia solare.  Il nucleo di questa innovazione risiede nell’uso di nuovi ‘gel porosi superigroscopici’.  Questi sono composti da nitruro di titanio, idrossipropil metilcellulosa e LiCl (THL), e hanno dimostrato capacità eccezionali di adsorbimento dell’acqua su un’ampia gamma di umidità (15%–90% HR).  La combinazione unica di materiali consentirebbe una rapida cinetica di adsorbimento e desorbimento (la velocità con cui una sostanza precedentemente adsorbita viene rilasciata), migliorando significativamente l’efficienza quando utilizzata nei raccoglitori d’acqua atmosferica.

Lo studio pubblicato, che dettaglia la suddetta scoperta, sottolinea la capacità del dispositivo di ottenere alti rendimenti d’acqua, anche in ambienti aridi, con la sua applicazione pratica già validata attraverso test all’aperto in diverse stagioni.

Questa tecnologia AWH, che mostra un approccio sostenibile ed efficace per mitigare la scarsità d’acqua nelle regioni aride, si confronta favorevolmente con altri sistemi di raccolta d’acqua alimentati dal sole e, soprattutto, soddisfa gli standard OMS per l’acqua potabile.

Raccoglitori d’Acqua Atmosferica

Quindi, è stato sviluppato un nuovo gel poroso igroscopico che dovrebbe aumentare l’efficienza e l’efficacia degli AWH in uso in tutto il mondo.  Questo è ottimo, ma come funzionano realmente questi dispositivi?

Come suggerisce il nome, un Raccoglitore d’Acqua Atmosferica (AWH) è un dispositivo progettato per estrarre acqua dall’aria. Questi dispositivi sono particolarmente preziosi nelle regioni aride dove le fonti d’acqua convenzionali sono scarse o contaminate. La tecnologia alla base degli AWH esistenti varia, ma generalmente ruota attorno alla cattura del vapore acqueo dall’aria e alla sua condensazione in acqua liquida.

Il design più comune dei sistemi AWH si basa sul principio della condensazione, simile a come si forma la rugiada. Questo design tipicamente comprende:

1. Ingresso d’aria: L’aria viene aspirata nel sistema mediante una ventola.
2. Raffreddamento e Condensazione: L’aria umida viene poi raffreddata al di sotto del punto di rugiada, spesso usando un condensatore refrigerato o raffreddato con Peltier, facendo condensare il vapore acqueo in gocce.
3. Raccolta dell’acqua: L’acqua condensata viene raccolta in un serbatoio, filtrata e talvolta mineralizzata per il gusto.
4. Distribuzione: Infine, l’acqua viene o immagazzinata per uso futuro o direttamente convogliata per il consumo immediato.

I sistemi AWH possono variare in dimensioni da piccole unità portatili adatte all’uso individuale o domestico a grandi installazioni su scala industriale. L’efficienza di questi sistemi dipende in gran parte dall’umidità e dalla temperatura ambientali; livelli di umidità più elevati tipicamente producono una resa d’acqua maggiore – motivo per cui qualsiasi aumento di efficienza fornito negli ambienti aridi è ben accetto, come quello offerto dall’uso dei nuovi gel porosi superigroscopici.

Con la loro capacità di scalare in dimensioni, gli AWH sono comunemente usati in vari contesti:

Aree aride e soggette a siccità: Forniscono una fonte critica di acqua potabile pulita nelle regioni dove l’acqua è scarsa.

Applicazioni militari: Le unità AWH portatili sono utili per fornire acqua alle truppe in località remote.

Comunità remote e soccorsi di emergenza: Offrono una fonte immediata di acqua potabile in comunità remote o durante catastrofi naturali quando le fonti d’acqua tradizionali non sono disponibili o sono contaminate.

Agricoltura: Alcuni sistemi AWH sono utilizzati per l’irrigazione in regioni aride.

I progressi nella tecnologia AWH che coinvolgono gel porosi superigroscopici e MOF (Metal-Organic Frameworks) sono pronti a migliorare i tradizionali sistemi basati sulla refrigerazione, offrendo la capacità di assorbire il vapore acqueo a un costo energetico molto più basso. Queste innovazioni dovrebbero rendere gli AWH più efficienti e fattibili in una più ampia gamma di condizioni climatiche.

Forniture di Acqua Dolce

La maggior parte dell’acqua dolce del mondo si trova nei ghiacciai e nelle calotte glaciali, rappresentando circa il 69% delle risorse globali di acqua dolce. Queste si trovano principalmente nelle regioni polari e nelle aree montuose elevate, come Antartide, Groenlandia e varie catene montuose in tutto il mondo. I prossimi più grandi serbatoi di acqua dolce sono le falde acquifere, che costituiscono circa il 30% del totale. Solo una piccola frazione (meno dell’1%) dell’acqua dolce mondiale è accessibile nei fiumi, nei laghi e nell’atmosfera.

Nelle regioni in cui sono richiesti i raccoglitori d’acqua atmosferica (AWH), l’acqua pulita è spesso difficile da trovare per diversi motivi:

Climi aridi: Molte regioni con necessità di AWH sono aride o semi-aride con scarse precipitazioni. Questo include vaste zone dell’Africa, del Medio Oriente, parti del Sud America, dell’Asia centrale e dell’Australia.

Esaurimento e contaminazione delle acque sotterranee: L’uso eccessivo delle acque sotterranee per l’agricoltura e il consumo, combinato con un rifornimento insufficiente, porta all’esaurimento. Inoltre, le acque sotterranee possono essere contaminate da inquinanti naturali e antropogenici, rendendole non sicure per il consumo.

Mancanza di infrastrutture: Molte aree remote o poco sviluppate mancano delle infrastrutture per raccogliere, trattare e distribuire l’acqua. Questo è spesso aggravato da vincoli economici.

Cambiamento climatico: I cambiamenti nei modelli climatici stanno influenzando le fonti d’acqua tradizionali. Alcune regioni sperimentano siccità prolungate, mentre altre affrontano lo scioglimento dei ghiacciai, il che influisce sulla disponibilità d’acqua a lungo termine.

Sovrappopolazione e urbanizzazione: In aree densamente popolate o in rapida urbanizzazione, le forniture d’acqua esistenti possono essere insufficienti a soddisfare la domanda. Inoltre, l’urbanizzazione spesso porta all’inquinamento delle fonti d’acqua disponibili.

Problemi politici ed economici: In alcuni casi, la gestione e la distribuzione delle risorse idriche sono influenzate da questioni politiche ed economiche, portando a un accesso diseguale all’acqua.

Gli AWH offrono un’alternativa estraendo acqua dall’aria, che può essere una soluzione praticabile in aree dove altre fonti sono inesistenti, insufficienti o non sicure. Questa tecnologia è particolarmente preziosa nelle regioni dove l’aria è umida, ma le precipitazioni sono scarse, rendendo le fonti d’acqua convenzionali inaffidabili.

Soluzioni Attuali

Al momento, esistono diverse tecnologie che competono o completano i Raccoglitori d’Acqua Atmosferica (AWH) per generare acqua dolce, in particolare nelle aree dove la scarsità d’acqua è un problema significativo.  Tuttavia, ciascuna presenta il proprio insieme di vantaggi e sfide.  Alcune delle soluzioni alternative più note includono,

Desalinizzazione: Questo è uno dei metodi più importanti per produrre acqua dolce da acqua di mare o acqua salmastra. La desalinizzazione utilizza prevalentemente due tecnologie: osmosi inversa, che filtra l’acqua attraverso una membrana semipermeabile, e desalinizzazione termica, che prevede il riscaldamento e l’evaporazione dell’acqua per poi condensare il vapore. Gli impianti di desalinizzazione sono particolarmente comuni in regioni aride come il Medio Oriente. Sebbene efficace, la desalinizzazione è tipicamente costosa, richiedendo una grande quantità di energia.

Riciclaggio e riutilizzo dell’acqua: Tecnologie avanzate di trattamento dell’acqua consentono il riciclaggio delle acque reflue in acqua potabile. Ciò include il trattamento delle acque reflue domestiche, industriali e agricole. L’acqua riciclata può essere usata per vari scopi, inclusi irrigazione, processi industriali e il reintegro delle forniture di acqua dolce. Questo approccio tipicamente richiede grandi impianti e costi operativi elevati.

Raccolta dell’acqua piovana: Questo è un metodo più semplice e tradizionale di raccogliere e immagazzinare l’acqua piovana per usi futuri. I sistemi di raccolta dell’acqua piovana catturano l’acqua da tetti o altre superfici e la immagazzinano in serbatoi. Sebbene meno tecnologicamente avanzato rispetto agli AWH, è un modo sostenibile per integrare le forniture d’acqua, specialmente in regioni con precipitazioni stagionali. Poiché questo metodo dipende dalle piogge, non è affidabile quanto altri approcci. Inoltre non vi è garanzia che l’acqua raccolta non debba essere ulteriormente trattata per garantirne la sicurezza per il consumo.

Raccolta della nebbia: Simile agli AWH, i raccoglitori di nebbia raccolgono acqua dall’atmosfera. Utilizzano grandi reti a maglia per intrappolare le gocce d’acqua presenti nella nebbia, che poi si accumulano e gocciolano nei serbatoi di raccolta. Questo metodo è adatto in aree costiere o montuose dove la nebbia è frequente.

Ricarica delle acque sotterranee: Questo comporta il convogliare l’acqua piovana o l’acqua riciclata nel terreno per ricaricare le falde acquifere. Le tecniche includono la costruzione di bacini di ricarica, stagni di infiltrazione e l’uso di pavimentazioni permeabili. È un metodo per garantire forniture sostenibili di acque sotterranee, che rappresentano una fonte importante di acqua dolce in molte regioni.

Distillatore solare d’acqua: Una tecnologia semplice in cui l’energia solare è usata per evaporare acqua contaminata o salata, e il condensato viene raccolto come acqua distillata. Questo metodo è più adatto per applicazioni su piccola scala ed è particolarmente utile in aree remote con abbondante luce solare.

Ciascuna di queste tecnologie ha i propri ambiti di applicazione basati su considerazioni geografiche, climatiche ed economiche. In molti casi, si impiega una combinazione di queste tecnologie per garantire una fornitura d’acqua affidabile e sostenibile.