Un raccoglitore di acqua al nichel-titanio è stato progettato e confrontato con un design a ruota essiccante in condizioni controllate di umidità relativa, volume d'aria e potenza
Circa due miliardi di persone in tutto il mondo non hanno accesso all’acqua potabile pulita, con un impatto negativo sulla sicurezza nazionale, sull’igiene e sull’agricoltura. La raccolta dell'acqua atmosferica (Atmospheric water harvesting - AWH) è la conversione dell'umidità ambientale in acqua pulita; tuttavia, la deumidificazione convenzionale è ad alta intensità energetica. Il miglioramento dell'AWH può essere ottenuto con il raffreddamento elastocalorico, utilizzando materiali sensibili alla temperatura nella termoregolazione attiva. I potenziali vantaggi, rispetto ai design convenzionali delle ruote essiccanti, includono sostanziali riduzioni del consumo energetico, delle dimensioni e della complessità.
Un nuovo tipo di prototipo di raccoglitore d'acqua promette di essere più semplice e più efficiente delle varianti tradizionali del dispositivo nell'estrazione di acqua potabile dall'aria, suggerisce un nuovo studio pubblicato sulla rivista Technologies (1). Costruito utilizzando materiali sensibili alla temperatura, un deumidificatore a base di nichel-titanio potrebbe estrarre più acqua dall'atmosfera in 30 minuti in media rispetto a un sistema di deumidificazione alternativo, utilizzando solo circa metà dell'energia.
«Poiché si stima che oltre 2 miliardi di persone in tutto il mondo non abbiano accesso ad acqua potabile pulita, migliorare i metodi convenzionali per raccogliere una risorsa così preziosa la renderebbe molto più accessibile per le regioni con scarsità d'acqua», ha affermato il dottor John LaRocco (2), autore principale dello studio e ricercatore scientifico in psichiatria presso la Facoltà di Medicina dell'Ohio State University.
Il dottor John LaRocco spiega: «Si può sopravvivere tre minuti senza aria, tre settimane senza cibo, ma solo tre giorni senza acqua. Ma con questo, si può iniziare a risolvere un sacco di problemi, come la sicurezza nazionale, la salute mentale o l'igiene, semplicemente migliorando l'accessibilità all'acqua potabile pulita. Mentre molte tecnologie di raccolta dell'acqua esistenti sono grandi, ad alta intensità energetica e lente, il dispositivo di questo team è unico grazie al raffreddamento elastocalorico, che utilizza materiali che possono ridurre l'uso di energia, le dimensioni e la complessità. Questo design è ciò che ha anche permesso al loro prototipo di diventare abbastanza portatile da stare dentro uno zaino».
I ricercatori hanno confrontato la loro creazione con un deumidificatore che funziona utilizzando ruote essiccanti, cilindri rotanti rivestiti con materiali idrofili che lavorano per intrappolare e rimuovere l'umidità dal flusso d'aria circostante. Hanno testato le prestazioni di ciascun dispositivo in sessioni di 30 minuti ciascuna, valutandone il consumo energetico, la generazione di calore e l'efficienza di raccolta dell'acqua.
Il dottor John Simonis (3), coautore dello studio e studente universitario in ingegneria elettrica e informatica, dice: «I risultati della sperimentazione hanno rivelato differenze significative nel consumo di energia e hanno evidenziato per quali condizioni il loro prototipo potrebbe essere più adatto. Ad esempio il livello di umidità della regione in cui viene utilizzato il loro dispositivo potrebbe influenzare l'efficacia delle sue capacità di raccolta dell'acqua. Rispetto al tradizionale sistema a ruota essiccante, il nostro sistema ha la capacità di scalare in modo più dinamico per adattarsi alle esigenze dell'ambiente. Poiché il nostro dispositivo è più modulare, c'è spazio per molta adattabilità».
Gli autori hanno osservato che luoghi come le Filippine, l'Indonesia, Haiti e persino l'Ohio sono alcuni dei luoghi in cui l'umidità standard raggiungerebbe un livello sufficientemente basso da consentire al loro prototipo di raggiungere la massima efficienza.
«L'acqua prodotta dal loro dispositivo è facilmente potabile», ha affermato Simonis, «ma poiché il dispositivo è realizzato con materiali stampati in 3D che possono degradarsi nel tempo, deve essere filtrata in modo approfondito per limitare la quantità di microplastiche che qualcuno potrebbe ingerire se la bevesse immediatamente».
Secondo le statistiche (4) fornite dalle Nazioni Unite, solo circa lo 0,5% dell'acqua della Terra è acqua dolce e sicura per il consumo umano. Anche i cambiamenti ambientali causati da guerre, inquinamento e cambiamenti climatici rimangono fattori di rischio per una crisi idrica globale in corso.
«Poiché i disastri naturali e le emergenze internazionali continueranno ad aggravare questi problemi, è fondamentale trovare modi creativi per raccogliere l'acqua con lo scopo di sostenere le popolazioni emarginate», ha affermato la dottoressa Qudsia Tahmina (5), coautrice dello studio e professoressa associata di ingegneria elettrica e informatica.
«Detto questo, essere in grado di garantire la coerenza dei dispositivi in grado di raccogliere una risorsa rinnovabile dal nulla contribuirà a rendere il processo più economico e più fattibile, nota lo studio. È un obiettivo che, se raggiunto, avrà un impatto su ogni aspetto della vita sulla Terra. Ci auguriamo che l'acqua pulita per il resto del mondo non sia solo un sogno irrealizzabile», ha affermato LaRocco.
«Utilizzando i modelli del team (6), è possibile per il pubblico sperimentare la creazione di un deumidificatore tutto suo. Ma mentre il loro prototipo è al momento pensato per uso individuale, in futuro potrebbe essere facilmente ottimizzato per soddisfare le esigenze di una famiglia o di una comunità più ampia. È possibile sviluppare una versione incredibilmente grande del nostro prototipo. Potrebbe estrarre la stessa quantità di acqua in un lasso di tempo limitato e ottenere la stessa efficienza energetica di qualcuno che potrebbe avere un dispositivo più piccolo che lo fa funzionare ininterrottamente», ha affermato il dottor John Simonis.
Riferimenti:
(1) Comparing Elastocaloric Cooling and Desiccant Wheel Dehumidifiers for Atmospheric Water Harvesting
(2) John LaRocco
(3) John Simonis
(4) Goal 6: Ensure access to water and sanitation for all
(5) Qudsia Tahmina
Descrizione foto: Configurazione sperimentale con componenti etichettati. - Credit: Ohio State University.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Comparing Elastocaloric Cooling and Desiccant Wheel Dehumidifiers for Atmospheric Water Harvesting