Il nuovo sistema di desalinizzazione solare offre acqua pulita per aree remote

Con l’aumento delle temperature estive, lo spettro della scarsità d’acqua incombe. Come possibile soluzione per aumentare la disponibilità di acqua pulita e potabile, i ricercatori dell’Indian Institute of Science (IISc) hanno sviluppato un nuovo sistema di desalinizzazione termica che può funzionare utilizzando l’energia solare.

I metodi più comuni per la desalinizzazione sono l'osmosi inversa a membrana e la desalinizzazione termica. Entrambi però consumano molta energia.

I sistemi di desalinizzazione termica funzionano riscaldando l'acqua salata e quindi condensando il vapore risultante per ottenere acqua dolce. Ma l’energia necessaria per l’evaporazione è solitamente ottenuta dall’elettricità o dalla combustione di combustibili fossili. Un'alternativa ecologica è l'utilizzo di distillatori solari in cui l'energia solare viene utilizzata per far evaporare l'acqua salata in grandi serbatoi e il vapore che si condensa su un tetto trasparente viene raccolto. Tuttavia, durante la condensazione, sul tetto si forma un sottile strato d'acqua, che riduce la quantità di energia solare che può penetrare nel serbatoio e quindi l'efficienza del sistema.

In alternativa a tali distillatori solari, il team IISc ha sviluppato un nuovo design per un'unità di desalinizzazione a energia solare che è più efficiente dal punto di vista energetico, economico e portatile, rendendone conveniente l'installazione in aree con accesso limitato all'elettricità continua. , spiega Susmita Dash, professoressa assistente presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e autrice corrispondente dello studio pubblicato su Desalination.

La configurazione, progettata da Dash e dal suo dottorando Nabajit Deka, comprende un serbatoio di acqua salata, un evaporatore e un condensatore racchiuso all'interno di una camera isolante per evitare perdite di calore nell'aria ambiente.

Il loro sistema funziona utilizzando l'energia termica solare per far evaporare un piccolo volume di acqua assorbita o "malvagia" nell'evaporatore, che ha una superficie strutturata. L'assorbimento del liquido nell'evaporatore sfrutta l'effetto capillare delle strutture su microscala. Questo effetto consente ai liquidi di essere aspirati in spazi ristretti di un materiale poroso, proprio come l'acqua viene assorbita da una spugna. Utilizzando questo approccio, invece di riscaldare l'intero volume del liquido nel serbatoio, si ottiene un miglioramento significativo dell'efficienza energetica del sistema, afferma Dash.

Il team ha inciso minuscole scanalature sulla superficie dell'evaporatore, che è in alluminio. Deka spiega che hanno dovuto sperimentare diverse combinazioni di dimensione e spaziatura delle scanalature, nonché di ruvidità superficiale per determinare il modello giusto per un'efficiente traspirazione.

Il condensatore – spesso trascurato nella maggior parte degli studi sulla desalinizzazione, secondo i ricercatori – è un altro elemento chiave del sistema di desalinizzazione solare. Per prevenire la formazione del film d'acqua durante la condensazione, come negli alambicchi solari, Dash e Deka hanno fabbricato un condensatore con superfici idrofile e superidrofile alternate. Le goccioline d'acqua che si condensano sui modelli idrofili vengono attratte verso la regione superidrofila. Questa affinità dell'acqua condensata con la regione superidrofila consente alla superficie idrofila di liberarsi per un nuovo lotto di condensato, spiega Dash.

Durante la condensazione, una parte del calore viene dispersa nell'atmosfera. I ricercatori hanno progettato il sistema in modo tale che questo calore rilasciato durante la condensazione venga anche intrappolato e utilizzato per riscaldare l'acqua salata assorbita in un diverso evaporatore sul retro del condensatore, riducendo così la quantità di energia solare necessaria e aumentando l'efficienza. del sistema ancora di più. Il team ha anche collegato con successo più combinazioni evaporatore-condensatore in serie, ottenendo un sistema di desalinizzazione solare a più stadi. Questo sistema, se realizzato in un’area di 1 m2, ha la capacità di produrre un litro di acqua potabile ogni 30 minuti – almeno il doppio di quella prodotta da un tradizionale distillatore solare delle stesse dimensioni.

Oltre all'acqua di mare, il sistema può funzionare anche con acqua sotterranea contenente sali disciolti e acqua salmastra. Può essere regolato per allinearsi con le posizioni mutevoli del sole durante il giorno.