Come migliorare le tecnologie di purificazione delle acque

Un gruppo internazionale di ricercatori ha messo in luce come le tecnologie di decontaminazione e desalinizzazione potrebbero essere migliorate grazie all’impiego dei raggi X da sincrotrone

purificazione delle acque
By James Grellier – Own work, CC BY-SA 3.0, Link

(Rinnovabili.it) – Il mondo ha bisogno di acqua pulita e più andremo avanti con gli anni più questo bisogno aumenterà. Entro il 2025 saranno, infatti, 1,8 miliardi le persone che vivranno in regioni caratterizzate da scarsità e contaminazione idrica. Attualmente esistono diverse tecnologie di purificazione delle acque e di desalinizzazione ma nella maggior parte dei casi si tratta di soluzioni costose ed energivore; per soddisfare le future esigenze di acqua pulita è necessario trovare un modo per migliorarle, tuttavia molti dei meccanismi alla base di queste tecnologie sono difficili da indagare.

Rendere facile il difficile, è l’obiettivo che si sono dati i ricercatori del SLAC National Accelerator Laboratory e dell’Università di Paderborn con la nuova ricerca pubblicata su Joule (testo in inglese). Nel dettaglio lo studio analizza le opportunità di miglioramento delle tecnologie di purificazione delle acque, attraverso una migliore comprensione dei materiali impiegati. Nella ricerca viene illustrato “come le tecniche di caratterizzazione avanzata – ossia l’analisi chimica, morfologica, strutturale, ottica ed elettrica di una vasta tipologia di materiali – inclusi i metodi a raggi X […], possano essere applicate alle tecnologie di desalinizzazione e purificazione dell’acqua per fornire una visione molecolare dettagliata, specialmente se combinata con la modellazione computazionale”.

In questo contesto uno strumento all’avanguardia sono raggi X da sincrotrone . La radiazione di sincrotrone potrebbe, come sottolinea Michael Toney dello SLAC, “far avanzare la scienza legata alla desalinizzazione” e alla purificazione delle acque. Il desiderio del gruppo di ricerca è quello di “lavorare direttamente a una tecnologia che possa avere un impatto concreto di fronte ai cambiamenti climatici”. 

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Le “sfide scientifiche” analizzate dai ricercatori sono legate nello specifico a due tecniche di desalinizzazione: l’osmosi inversa e la deionizzazione capacitiva. Questi sistemi di purificazione sono molto complessi e quindi, come sottolinea Hans-Georg Steinrück, coautore della ricerca, sono anche “difficili da sondare, è per questo che il sincrotrone è così prezioso, perché ci consente di analizzarli approfonditamente”. 

Nell’osmosi inversa, si forza il passaggio delle molecole d’acqua da una soluzione più concentrata (ad esempio acqua di mare) ad una meno concentrata applicando una pressione, trattenendo dal primo lato sale, sostanze organiche e contaminanti. Questo fenomeno non è pienamente compreso dagli scienziati che non sanno rintracciare quei processi fisico-chimici responsabili di tale filtraggio né le modalità con cui alcune problematiche, come l’accumulo di materia organica e inorganica sulla membrana, interferiscano con la procedura.

La deionizzazione capacitiva è invece una tecnica elettrochimica che permette di rimuovere specie ioniche cariche da soluzioni acquose; in entrambi casi i raggi X, uniti ai metodi di imaging, potrebbero fornire agli scienziati un quadro più chiaro di ciò che accade a livello microscopico. “Prevediamo – concludono nello studio – che l’uso della caratterizzazione avanzata possa aiutare a far avanzare il campo della desalinizzazione delle acque, così come negli ultimi decenni ha fatto progredire le tecniche di conservazione dell’energia”. 

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