Il filtro che rende potabile l'acqua di mare

Nel 2008 un team di ricercatori dell'Università di Manchester ha sviluppato una membrana innovativa a base di ossido di grafene capace di filtrare il sale dall'acqua marina, una scoperta che potrebbe rivoluzionare la dissalazione e risolvere una delle crisi più gravi e sottovalutate del nostro tempo: la scarsità di acqua potabile. 

Il progetto è stato guidato dal dottor Rahul Nair, e potrebbe cambiare le sorti di milioni di persone in tutto il mondo che ancora non hanno accesso a fonti sicure di acqua potabile.

Il potenziale di questa tecnologia è enorme. Attualmente, i metodi di dissalazione più comuni sono energeticamente intensivi e richiedono una manutenzione costante. Le membrane polimeriche utilizzate, infatti, si deteriorano rapidamente, impedendo una filtrazione efficace a lungo termine. L'ossido di grafene potrebbe risolvere questi problemi, riducendo i costi e migliorando l'efficienza della dissalazione, con un impatto energetico minimo...

Per trasformare l’acqua di mare in acqua potabile l’osmosi inversa è la tecnologia più utilizzata finora, un processo che consente di trattare l’acqua marina attraverso l’iperfiltrazione.

Utilizzata da quasi mezzo secolo, l’osmosi inversa permette di rimuovere dall’acqua una serie di componenti chimici e il sale, rendendo l’acqua di mare adatta all’utilizzo da parte dell’uomo, delle attività agricole e all’impiego per l’abbeveramento degli animali.

L'innovazione della tecnologia a base di ossido di grafene potrebbe contribuire a garantire acqua potabile in molte regioni vulnerabili, aiutando a combattere la crescente crisi idrica globale. 

Tuttavia, come sottolineato da esperti, sarà necessario perfezionare ulteriormente la resistenza e la durabilità della membrana per renderla adatta a un'applicazione industriale su larga scala. ( torinocronaca.it )

Come funziona

Il grafene, scoperto nel 2004 sempre all’Università di Manchester, è formato da un singolo strato di atomi di carbonio disposti in una griglia esagonale. Nonostante le sue qualità eccezionali, tra cui la resistenza alla trazione e l’elevata conducibilità elettrica, produrlo in grandi quantità e a basso costo si è rivelato molto complicato.

Al contrario, il suo derivato chimico, l’ossido di grafene, è molto più semplice da ottenere. 

Come ha spiegato il dottor Nair alla BBC, può essere trasformato in soluzione o inchiostro e applicato su materiali porosi, diventando una membrana utile per il filtraggio. 

E qui arriva la vera novità: grazie a un sistema che blocca il rigonfiamento della membrana quando viene immersa in acqua – uno dei limiti che in passato impediva la filtrazione dei sali più piccoli – il setaccio è oggi in grado di trattenere anche il cloruro di sodio.

Quando il sale si scioglie in acqua, infatti, ogni molecola si circonda di un piccolo “guscio” formato da molecole d’acqua. I canali della membrana in grafene ossido, aventi dimensioni inferiori a un nanometro, sono troppo stretti per permettere il passaggio di questo complesso. L’acqua pura, però, riesce a passare liberamente.

Il risultato? 

Solo l’acqua viene filtrata, lasciando dietro di sé i sali. E grazie alla struttura dei canali, le molecole si muovono in maniera rapida e ordinata, come su una catena di montaggio molecolare, facilitando il processo di filtrazione con un consumo energetico ridotto.

Perché può davvero cambiare il futuro dell’acqua?

La crisi idrica globale è uno dei problemi più gravi e sottovalutati del nostro tempo. Le Nazioni Unite stimano che entro il 2025 ben il 14% della popolazione mondiale si troverà a fronteggiare la scarsità d’acqua. 

In questo contesto, tecnologie come l’ossido di grafene potrebbero fare la differenza. Attualmente, la maggior parte degli impianti di desalinizzazione utilizza membrane polimeriche, che richiedono una manutenzione frequente e un impiego energetico elevato. Inoltre, non sempre riescono a filtrare efficacemente tutti i sali e tendono a deteriorarsi nel tempo, anche a causa del cosiddetto biofouling, ovvero l’accumulo di sostanze organiche che ostruiscono i pori.

Secondo Ram Devanathan, del Pacific Northwest National Laboratory negli Stati Uniti, per portare questa tecnologia a un livello industriale sarà necessario lavorare sulla resistenza e durabilità della membrana, oltre che sul suo costo di produzione. Ma il potenziale è enorme.

La separazione selettiva dell’acqua dagli ioni tramite la restrizione fisica dello spazio tra gli strati apre la strada alla realizzazione di membrane economiche ed efficienti.

L’obiettivo è chiaro: sviluppare un sistema di filtrazione in grado di trasformare l’acqua di mare e l’acqua reflua in acqua potabile, con un impatto energetico e ambientale minimo.

E in un mondo dove l’acqua sta diventando un bene sempre più scarso, anche nei Paesi cosiddetti “sviluppati”, un’innovazione del genere non può più restare solo nei laboratori.
( www.greenme.it )

“Poiché qualsiasi materiale per la depurazione delle acque non deve rilasciare ulteriori contaminanti nell'acqua filtrata, è infatti essenziale che gli additivi usati per potenziare le membrane siano immobilizzati in maniera stabile. 

I test eseguiti inserendo il composito GO-PSU in cartucce filtranti commerciali hanno confermato la grande stabilità del nuovo materiale che non presenta rilascio di grafene nelle acque trattate, nei limiti di rivelabilità analitici disponibili”.

I vantaggi di questo materiale non finiscono qui. “Le membrane GO-PSU possono essere recuperate dopo l’uso, lavate con un solvente specifico per rimuovere i contaminanti che hanno raccolto e impiegate nuovamente”, concludono i ricercatori. 
www.cnr.it/it

Non a caso il grafene è considerato il ‘materiale delle meraviglie’, il vero materiale multiuso del futuro: è trasparente come il vetro ma è flessibile quanto la plastica, è un conduttore elettrico quanto il rame ed è più resistente dello stesso acciaio.
Fu portato alla ribalta per la prima volta nel 2004 da Konstantin Novoselov e Andre Geim, ricercatori dell’Università di Manchester che per primi ne hanno isolato un singolo strato per dimostrarne le immense proprietà elettriche.
Quel loro studio fece tanto scalpore nel mondo scientifico e tecnologico da portare i due a guadagnarsi il Premio Nobel per la Fisica nel 2010.

Negli ultimi tempi però (2008..), si parla non tanto della conducibilità di questo materiale, quanto invece della sua possibilità di rendere potabile l’acqua marina..
( www.green.it) 

A distanza di anni da quella scoperta sarebbe davvero interessante capire SE, COME e DOVE, oggi, questa tecnologia viene sviluppata..

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Curiosità: l'acqua che bevono gli astronauti nello spazio è purificata e riciclata principalmente tramite l'osmosi inversa..
(blog.acquaxcasa.com)