Secondo le Nazioni Unite, 2,2 miliardi di persone non hanno ancora accesso ad acqua potabile gestita in modo sicuro - il che significa che molte persone o camminano per chilometri per un sorso o pagano un occhio della testa per l'acqua in bottiglia. Per soddisfare la domanda, regioni dalla California a parti del Medio Oriente si sono rivolte a impianti di desalinizzazione che trasformano l'acqua di mare in acqua dolce, ma il processo è costoso, energivoro e genera enormi volumi di salamoia concentrata che, quando viene scaricata in mare, provoca scompiglio negli ecosistemi marini aumentando la salinità e sottraendo ossigeno. È come risolvere un problema creandone un altro, solo più salato.
Ricercatori dell'Università di Rochester, guidati dal professor di ottica e fisica Chunlei Guo, hanno svelato un sistema di desalinizzazione a energia solare che evita la maggior parte di questi grattacapi. Il loro approccio, descritto sulla rivista Light: Science & Applications, produce acqua dolce in modo efficiente, non richiede pretrattamenti chimici e, cosa cruciale, non genera rifiuti di salamoia. Invece, recupera quasi tutti i sali disciolti in forma solida, il che è più o meno la cosa più vicina ad avere la propria acqua di mare e berla che la scienza abbia mai raggiunto.
Il sistema si basa su pannelli solari realizzati in metallo nero textureizzato con laser a femtosecondi. Questo trattamento conferisce alla superficie due superpoteri: assorbe quasi tutta la luce solare in arrivo e diventa superassorbente - cioè ama l'acqua quasi quanto un maratoneta disidratato. Una regione attiva incisa con il laser attira un sottile strato di acqua di mare attraverso il pannello. La luce solare fa evaporare l'acqua, che viene distillata in acqua dolce, mentre i sali e i minerali disciolti vengono guidati verso regioni passive non trattate, prevenendo l'accumulo che normalmente intasa le tecnologie di desalinizzazione inferiori.
Guo nota che molti sistemi di desalinizzazione termica solare funzionano bene nei test di laboratorio con acqua di mare semplificata composta solo da acqua e cloruro di sodio. Ma gli oceani reali contengono magnesio e calcio, che formano croste dure e dense quando cristallizzano - simili al calcare in un bollitore, tranne che l'acqua di mare è molto più concentrata. Per affrontare questo problema, il team ha progettato scanalature microscopiche sulla superficie metallica nera che incoraggiano i sali a migrare lontano dalla zona attiva prima che possano accumularsi, sfruttando l'effetto anello del caffè - lo stesso fenomeno che lascia quel fastidioso alone marrone sul tavolo dopo una fuoriuscita. "Se versi caffè su una superficie, alla fine l'acqua evapora e rimane un anello sul bordo esterno", spiega Guo. "Usiamo lo stesso principio per spostare i sali nella regione passiva."
Quando testato con acqua degli oceani Pacifico, Atlantico e Indiano, la superficie si è pulita continuamente, estraendo acqua dolce mentre indirizzava i sali verso aree passive dove potevano essere raccolti senza perdita di prestazioni. Uno dei maggiori vantaggi: i solidi recuperati potrebbero produrre minerali preziosi come il litio, un ingrediente chiave nelle batterie dei veicoli elettrici. In uno studio correlato sul Journal of Materials Chemistry A, Guo e colleghi hanno incorporato nanoparticelle di titanato di idrogeno nelle scanalature del metallo per isolare selettivamente il litio dagli altri sali. Usando acqua del Grande Lago Salato nello Utah, hanno recuperato circa il 50 percento del litio contenuto nei sali residui. "Estrarre litio dalla Terra si è dimostrato molto faticoso dal punto di vista energetico e ambientale", dice Guo, "quindi estrarre litio direttamente dall'acqua salata potrebbe essere una via futura molto importante."
La tecnologia è ancora una prova di concetto, ma Guo crede che possa essere notevolmente scalata, potenzialmente aumentando l'accesso all'acqua potabile pulita mentre si creano fonti più sostenibili di minerali critici. La ricerca è stata sostenuta dalla National Science Foundation, dalla Bill & Melinda Gates Foundation e dalla Worldwide Universities Network. Tra i contributori aggiuntivi figurano il Senior Scientist Subash Singh, l'alunno Ran Wei '24, i dottorandi Luheng Tang e Tainshu Xu, e Mingjiang Ma dell'Istituto di Ottica.