L’acqua dolce è scarsa in molte parti del mondo e deve essere ottenuta a caro prezzo. Le comunità vicine all’oceano possono desalinizzare l’acqua di mare a questo scopo, ma farlo richiede una grande quantità di energia. Più lontano dalla costa, praticamente spesso l’unica opzione rimasta è quella di condensare l’umidità atmosferica attraverso il raffreddamento, sia attraverso processi che richiedono analogamente elevato apporto energetico oppure utilizzando tecnologie “passive” che sfruttano lo sbalzo termico tra il giorno e la notte. Tuttavia, con le attuali tecnologie passive, come le lamine raccogli-condensa, l’acqua può essere estratta solo di notte. Questo perché il sole riscalda le lamine durante il giorno, rendendo impossibile la formazione di condensa.
Autoraffreddamento e protezione dalle radiazioni
I ricercatori dell’ETH di Zurigo hanno ora sviluppato un la tecnologia che, per la prima volta, consente loro di raccogliere acqua 24 ore su 15, senza apporto di energia, anche sotto il sole cocente. Il nuovo dispositivo è costituito essenzialmente da una lastra di vetro con rivestimento speciale, che riflette la radiazione solare e irradia il proprio calore attraverso l'atmosfera verso lo spazio esterno. In questo modo si raffredda fino a 59 gradi Celsius (XNUMX gradi Fahrenheit) al di sotto della temperatura ambiente. Sul lato inferiore di questo vetro il vapore acqueo dell'aria si condensa in acqua. Il processo è lo stesso che si può osservare in inverno su finestre scarsamente isolate.
Gli scienziati hanno rivestito il vetro con strati di polimero e argento appositamente progettati. Questo speciale approccio di rivestimento fa sì che il pannello emetta radiazioni infrarosse a una finestra di lunghezza d'onda specifica nello spazio esterno, senza assorbimento da parte dell'atmosfera né riflessione sul pannello. Un altro elemento chiave del dispositivo è un nuovo schermo contro le radiazioni a forma di cono. Devia ampiamente la radiazione termica dall'atmosfera e scherma la lastra dalla radiazione solare in arrivo, consentendo al contempo al dispositivo di irradiare il suddetto calore verso l'esterno e quindi di autoraffreddarsi, completamente passivamente.
Vicino all'ottimo teorico
Come hanno dimostrato i test del nuovo dispositivo in condizioni reali sul tetto di un edificio del Politecnico di Zurigo, la nuova tecnologia può produrre almeno il doppio di acqua per area al giorno rispetto alle migliori tecnologie passive attuali basate su fogli: il piccolo pilota sistema con un diametro della lastra di 10 centimetri erogava 4.6 millilitri di acqua al giorno in condizioni reali. Dispositivi più grandi con vetri più grandi produrrebbero di conseguenza più acqua. Gli scienziati sono stati in grado di dimostrare che, in condizioni ideali, potevano raccogliere fino a 0.53 decilitri (circa 1.8 once fluide) di acqua per metro quadrato di superficie della lastra all'ora. Questo è vicino al valore massimo teorico di 0.6 decilitri (2.03 once) all'ora, che è fisicamente impossibile da superare.
Altre tecnologie di solito richiedono che l'acqua di condensa venga rimossa da una superficie, il che richiede energia. Senza questo passaggio, una parte significativa dell'acqua condensata si attaccherebbe alla superficie e rimarrebbe inutilizzabile ostacolando l'ulteriore condensazione. I ricercatori hanno applicato un nuovo rivestimento superidrofobo (estremamente idrorepellente) alla parte inferiore del pannello nel condensatore ad acqua. Ciò fa sì che l'acqua condensata si risalti e scorra o salti fuori di propria iniziativa. “A differenza di altre tecnologie, la nostra può davvero funzionare senza energia aggiuntiva, il che è un vantaggio fondamentale.
L'obiettivo dei ricercatori era sviluppare una tecnologia per i paesi con scarsità d'acqua e, in particolare, per i paesi in via di sviluppo ed emergenti. Ora, dicono, altri scienziati hanno l'opportunità di sviluppare ulteriormente questa tecnologia o combinarla con altri metodi, come la desalinizzazione dell'acqua, per aumentare la loro resa. La produzione dei vetri rivestiti è relativamente semplice e dovrebbe essere possibile realizzare condensatori di dimensioni maggiori rispetto all'attuale sistema pilota. Simile al modo celle solari dispongono di più moduli affiancati, più condensatori ad acqua possono anche essere affiancati per comporre un impianto di grandi dimensioni.