L’acqua, bene primario per eccellenza, sta diventando una risorsa sempre più preziosa. Il cambiamento climatico in atto, infatti, sta incidendo sui livelli di siccità globale, in porzioni del pianeta Terra sempre più ampi. Entro il 2025, metà della popolazione mondiale vivrà in aree sottoposte a stress idrico, secondo l’Organizzazione Mondiale della Sanità. L’urgenza idrica si nota anche nella quantità crescente di ricerche internazionali, che cercano una soluzione al problema, proponendo metodi sempre più efficienti di desalinizzazione, cioè riducendo o eliminando il livello di salinità dell’acqua del mare, per usarla in agricoltura o per renderla potabile, quindi adatta ad un uso umano.
Come viene desalinizzata l’acqua
Attualmente i principali i metodi per desalinizzare l’acqua sono la distillazione solare multistadio – in cui l’acqua marina entra in vani posti in sequenza ed evapora attraverso i vari stadi, lasciando dietro di sé il sale – e l’osmosi inversa – processo alimentato solo dal calore solare, ma il problema principale è che il sale si accumula rapidamente all’interno del dispositivo sotto forma di cristalli che intasano il sistema.
A fare la differenza, oltre all’efficienza, è l’economicità dell’intero processo. In questo senso sembra promettente uno studio condotto dai ricercatori della Tandon School of Engineering, New York University, che hanno compiuto un importante passo avanti nel processo di desalinizzazione, denominato Redox Flow (RFD) o batterie a flusso Redox, una tecnica elettrochimica emergente, che oltre a trasformare l’acqua di mare in acqua potabile, consente anche di immagazzinare l’energia rinnovabile prodotta dal flusso dell’acqua a prezzi accessibili.
Lo studio, pubblicato su Cell Reports Physical Science, dimostra che tramite il sistema RFD si può ridurre il tasso di rimozione del sale di circa il 20%, diminuendo allo stesso tempo la domanda di energia, ottimizzando le portate dei fluidi. “Questo tipo di sistema è ancora applicato su bassa scala perché richiede l’ottimizzazione di una serie di componenti, tra cui le membrane, ovvero i filtri che agiscono sull’acqua salata e la forza spingente che si applica per far avvenire la separazione. Il problema principale del flusso Redox è che il costo delle membrane a scambio ionico è elevato per un’applicazione su larga scala, al contrario di quanto avviene per il procedimento ad osmosi inversa” spiega Enrica Fontanova dell’Istituto per le tecnologie delle membrane del Cnr.
Questa tecnica permette sia di usare energia elettrica come forza spingente per separare il sale dall’acqua, che sfruttare l’energia chimica sprigionata in modo spontaneo dal mescolamento di due soluzioni e convertita in energia elettrica. L’innovazione importante dell’esperimento americano è che “ottimizzato ed aumentato la produttività di una tecnica già nota. Hanno sfruttato il mescolamento di due soluzioni di acqua a diversa concentrazione, usando le membrane che separano gli ioni, liberando l’energia chimica che ne scaturisce, che può essere catturata e trasferita agli elettrodi della batteria ricaricabile. Il sistema a flusso Redox, infatti, può essere usato sia per desanilizzare l’acqua che per produrre energia”, considera Fontanova del Cnr. Ma c’è di più. Il gruppo di ricerca alla Tandon School, guidato da André Taylor, professore di ingegneria chimica e biomolecolare, è riuscito ad ottimizzare il processo di desalinizzazione fino a circa 700 litro/ora per metro quadrato, numeri molto elevati rispetto ai 15 litro/ora dell’osmosi inversa.
“Integrando perfettamente lo stoccaggio dell’energia e la desalinizzazione, la nostra visione è quella di creare una soluzione sostenibile ed efficiente che non solo soddisfi la crescente domanda di acqua dolce, ma sostenga anche la conservazione ambientale e l’integrazione delle energie rinnovabili”, ha evidenziato il professor Taylor.
Il procedimento Redox Flow, dunque, permetterebbe l’utilizzo efficiente di fonti energetiche rinnovabili intermittenti, come il solare e l’eolico la cui energia sarebbe immagazzinata nelle batterie a flusso Redox, e rilasciata su richiesta, fornendo un’integrazione di energia elettrica quando necessario. L’impiego di questa tecnologia ridurrebbe la dipendenza dalle reti elettriche convenzionali, favorendo la transizione verso un processo di desalinizzazione dell’acqua a zero emissioni di carbonio ed ecologico.
