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Dal MIT il sistema solare che produce acqua potabile dall’aria

Gli ingegneri del Massachusetts Institute of Technology mettono mano al loro prototipo per renderlo più pratico, efficiente e scalabile. L'obiettivo? Portare l'accesso all'acqua anche nelle zone aride e pertiche

acqua potabile dall'aria
Credits: Alina LaPotin – Massachusetts Institute of Technology

Un design a due stadi e un pizzico di zeolite per produrre acqua potabile dall’aria

(Rinnovabili.it) – Produrre acqua potabile dall’aria usando solo l’energia solare. Da anni ormai quest’impresa non è più impossibile. Nuovi materiali e design innovati hanno dato, infatti, una poderosa spinta in avanti alle tecnologie per la sicurezza idrica. Tuttavia creare un sistema efficiente e pratico non è facile. A provarci è oggi un nutrito gruppo di ingegneri provenienti dal Massachusetts Institute of Technology (MIT), dall’University of Utah e dal centro di ricerca e sviluppo della Samsung Electronics. Il team ha messo mano su un sistema creato dallo stesso MIT alcuni anni fa e in grado di estrarre l’acqua dall’umidità atmosferica, con l’obiettivo di migliorarne efficienza e scalabilità.

L’accesso all’acqua è riconosciuto come un diritto umano “universale, autonomo e specifico”. Un presupposto fondamentale per tutti gli altri diritti dell’uomo. Eppure nel mondo, oltre 1 miliardo di persone fa affidamento su fonti di acqua potabile a rischio; e oltre 2 miliardi e mezzo non hanno accesso a servizi igienici adeguati. Parte della soluzione al problema è affidata al mondo tecnologico con soluzione che vanno dalla raccolta dell’acqua piovana alla depurazione di fonti idriche inquinate, fino desalinizzazione dell’acqua marina.

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Il lavoro del MIT offre una quarta via: la produzione di acqua potabile dall’aria. Il dispositivo sfrutta una differenza di temperatura per consentire a un materiale adsorbente – che raccoglie il liquido sulla sua superficie – di catturare umidità durante la notte e rilasciarla il giorno successivo. Quando il materiale viene scaldato dalla luce solare, la differenza di temperatura tra la parte superiore e inferiore del sistema, fa sì che le goccioline assorbite vengano rilasciate per poi condensarsi su un piatto di raccolta.

Come funziona la produzione di acqua potabile dall’aria?

Originariamente il dispositivo richiedeva l’uso di particolari materiali chiamati strutture metallorganiche (MOF), cristalli sintetici ad elevata porosità interna. Questi materiali sono costosi e complicati da produrre e il risultato finale non era comunque soddisfacente ai fini pratici. La svolta è arrivata grazie all’incorporazione di un design a due stadi con una una seconda fase di desorbimento e condensazione; ma soprattutto, grazie all’impiego di un nuovo materiale assorbente facilmente reperibile. La nuova “spugna cristallina” appartiene alla sottoclasse degli zeoliti ed è un minerale composto da un alluminofosfato di ferro microporoso.

I miglioramenti apportati dal team hanno permesso di incrementare la produttività complessiva del sistema. In termini di litri potenziali al giorno per metro quadrato di area di raccolta solare, il processo è approssimativamente raddoppiato rispetto alla versione precedente. I tassi esatti tuttavia dipendono dalle variazioni di temperatura locali, dai raggi solari e dai livelli di umidità. Il prototipo, testato su un tetto al MIT prima delle restrizioni pandemiche, ha prodotto diversi “ordini di grandezza” in più di acqua  (∼0,77 L / m2 / giorno) rispetto alla versione precedente.

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Le tecnologie di produzione di acqua potabile dall’aria includono anche la raccolta della nebbia e la raccolta della rugiada, ma entrambe queste opzioni, spiega il MIT, hanno limitazioni significative. La prima funziona solo con il 100% di umidità relativa ed è attualmente utilizzata solo in alcuni deserti costieri, mentre la seconda richiede una refrigerazione ad alta intensità energetica e un’umidità di almeno il 50%, a seconda sulla temperatura ambiente. Al contrario, il nuovo sistema può funzionare a livelli di umidità fino al 20% e non richiede input energetici oltre alla luce solare o qualsiasi altra fonte disponibile di calore di bassa qualità. La ricerca è stata pubblicata in questi giorni su Joule (testo in inglese).

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About Author / Stefania Del Bianco

Giornalista scientifica. Da sempre appassionata di hi-tech e innovazione energetica, ha iniziato a collaborare alla testata fin dalle prime fasi progettuali, profilando le aziende di settore. Nel 2008 è entrata a far parte del team di redattori e nel 2011 è diventata coordinatrice di redazione. Negli anni ha curato anche la comunicazione e l'ufficio stampa di Rinnovabili.it. Oggi è Caporedattrice del quotidiano e, tra le altre cose, si occupa quotidianamente delle novità sulle rinnovabili, delle politiche energetiche e delle tematiche legate a tecnologie e mercato.


Rinnovabili • Turbine eoliche ad asse verticale

Turbine eoliche ad asse verticale, efficienza migliorata del 200%

Dall'EPFL svizzero il primo studio che applica un algoritmo di apprendimento automatico alla progettazione della pale delle turbine VAWT

Turbine eoliche ad asse verticale
via depositphotos

Nuovi progressi per le turbine eoliche ad asse verticale

Un aumento dell’efficienza del 200% e una riduzione delle vibrazioni del 70%. Questi due dei grandi risultati raggiunti nel campo delle turbine eoliche ad asse verticale,  presso l’UNFoLD, il laboratorio di diagnostica del flusso instabile della Scuola Politecnica Federale di Losanna (EPFL). Il merito va a Sébastien Le Fouest e Karen Mulleners che, in un’anteprima mondiale hanno migliorato questa specifica tecnologia impiegando un algoritmo di apprendimento automatico.

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Turbine eoliche VAWT, vantaggi e svantaggi

Si tratta di un progresso a lungo atteso dal comparto. Le turbine eoliche ad asse verticale o VAWT per usare l’acronimo inglese di “Vertical-axis wind turbines” offrono sulla carta diversi vantaggi rispetto ai classici aerogeneratori ad asse orizzontale. Ruotando attorno ad un asse ortogonale al flusso in entrata, il loro lavoro risulta indipendente dalla direzione del vento, permettendogli di funzionare bene anche nei flussi d’aria urbani. Inoltre offrono un design più compatto e operano a frequenze di rotazione più basse, il che riduce significativamente il rumore e il rischio di collisione con uccelli e altri animali volanti. E ancora: le parti meccaniche della trasmissione possono essere posizionate vicino al suolo, facilitando la manutenzione e riducendo i carichi strutturali.

Perché allora non sono la scelta dominante sul mercato eolico? Come spiega lo stesso Le Fouest, si tratta di un problema ingegneristico: le VAWT funzionano bene solo con un flusso d’aria moderato e continuo. “Una forte raffica aumenta l’angolo tra il flusso d’aria e la pala, formando un vortice in un fenomeno chiamato stallo dinamico. Questi vortici creano carichi strutturali transitori che le pale non possono sopportare“, scrive Celia Luterbacher sul sito dell’EPFL.

Energia eolica e algoritmi genetici

Per aumentare la resistenza, i ricercatori hanno cercato di individuare profili di inclinazione ottimali.  Il lavoro è iniziato montando dei sensori, direttamente su una turbina in scala ridotta, a sua volta accoppiata ad un ottimizzatore funzionante con algoritmi genetici di apprendimento. Di cosa si tratta? Di una particolare tipologia di algoritmi euristici basati sul principio della selezione naturale.

Quindi muovendo la pala avanti e indietro con angoli, velocità e ampiezze diverse, hanno generato una serie di profili di inclinazione. “Come in un processo evolutivo, l’algoritmo ha selezionato i profili più efficienti e robusti e ha ricombinato i loro tratti per generare una ‘progenie’ nuova e migliorata”. Questo approccio ha permesso a Le Fouest e Mulleners non solo di identificare due serie di profili di passo che contribuiscono a migliorare significativamente l’efficienza e la robustezza della macchina, ma anche di trasformare la più grande debolezza delle turbine eoliche ad asse verticale in un punto di forza. I risultati sono riportati su un articolo recentemente pubblicato sulla rivista Nature Communications.

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