Roma – Poiché l’acqua dolce sta diventando una risorsa sempre più scarsa, la desalinizzazione dell’acqua oceanica è sempre più utilizzata per colmare il divario tra domanda e offerta. Tuttavia, la desalinizzazione è ad alta intensità energetica, spesso alimentata da combustibili fossili, quindi soddisfare la necessità di acqua dolce può esacerbare la sfida di ridurre la CO2 atmosferica , il principale motore del cambiamento climatico.
Yangying Zhu , professore associato presso il Dipartimento di Ingegneria meccanica presso l’UC Santa Barbara, vuole affrontare questo enigma. Ora, una sovvenzione iniziale di due anni da $ 500.000 dall’Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E) all’interno del Dipartimento dell’energia degli Stati Uniti (DOE) le consentirà di iniziare il lavoro. La sovvenzione è stata fornita come parte di Inspiring Generations of New Innovators to Impact Technologies in Energy (IGNIITE 2024), un nuovo programma ARPA-E incentrato sul supporto di scienziati e ingegneri all’inizio della carriera per convertire idee dirompenti in tecnologie energetiche di impatto, con un occhio di riguardo per portare tecnologie promettenti sul mercato.
“Non è il tipico tipo di finanziamento da parte di ARPA-E, che di solito fornisce sovvenzioni molto più grandi che richiedono più PI e la collaborazione del settore”, ha detto Zhu, aggiungendo che questa è la prima volta che l’agenzia finanzia la ricerca di un singolo ricercatore all’inizio della carriera. “Invece di concentrarsi esclusivamente sulle scoperte fondamentali, questa è focalizzata sul supporto di idee che si allineano con la missione di ARPA-E di migliorare l’efficienza energetica e la sostenibilità per gli Stati Uniti”. L’agenzia ha ricevuto 400 domande per le sovvenzioni altamente competitive, selezionandone 23 per il finanziamento. Di queste, 13 provenivano dal mondo accademico, con il resto dall’industria, dalle startup e dai laboratori nazionali.
“Assicurarsi una delle prime sovvenzioni ARPA-E per un singolo ricercatore è un risultato straordinario per Zhu, uno dei nostri straordinari membri junior della facoltà”, ha affermato il preside del College of Engineering Umesh Mishra. “Si riflette molto bene sia su di lei che sul college, dove ci sosteniamo a vicenda in modi efficaci e tempestivi, anche con piccole sovvenzioni iniziali come quella che ha ricevuto e che ha dato la scintilla a questa idea. Siamo estremamente orgogliosi di questo importante risultato e ora non vediamo l’ora di vedere l’evoluzione dell’importante tecnologia di risparmio energetico che perseguirà”.
“È surreale essere nel primo gruppo a ricevere questi premi”, ha detto Zhu. “Mi sento molto fortunato ad essere stato selezionato dopo un impegnativo processo di candidatura che ha comportato l’invio di un concept paper, la presentazione di un poster e di una presentazione di persona sulla proposta e quindi l’invio di una proposta completa”.
Questo rigoroso processo riflette la serietà con cui ARPA-E prende l’efficienza energetica, nonché il significativo supporto a lungo termine che è disposta a fornire alle tecnologie che appaiono promettenti dopo la fase di finanziamento iniziale.
Zhu ha due obiettivi principali nel suo progetto. “Innanzitutto vogliamo migliorare l’efficienza energetica del processo di distillazione termica e dissalazione rispetto allo stato attuale dell’arte”, ha affermato. “In secondo luogo, vogliamo utilizzare energia rinnovabile, solare o calore di scarto dell’industria, come quello delle centrali elettriche e dei data center, per alimentare il processo. Quindi, puntiamo sia all’efficienza energetica sia alla riduzione della dipendenza dai combustibili fossili”.
Per fare ciò, Zhu, che ha esperienza nel trasferimento di calore e massa, ha in programma di sviluppare “una nuova architettura” che ottimizzi entrambi gli elementi per il processo di desalinizzazione, ha detto. “Il nostro obiettivo è due volte l’efficienza energetica, il che ridurrebbe il consumo di energia della metà”.
La distillazione termica convenzionale, che si ottiene evaporando acqua salata per ottenere vapore acqueo puro e quindi condensando il vapore di nuovo in liquido, consuma energia termica per riscaldare la massa di acqua salata per la distillazione. Zhu propone di progettare materiali microstrutturati che consentiranno al sistema di ottenere l’evaporazione fornendo calore direttamente alle interfacce liquido-vapore, senza fare affidamento sul trasferimento di calore ad alta intensità energetica attraverso il fluido di massa.
Mentre Zhu e il suo team sviluppano il loro efficiente processo di distillazione termica, riceverà anche il supporto degli scienziati e degli esperti aziendali di ARPA-E. “Non vedo l’ora di imparare dagli esperti di ARPA-E per i prossimi due anni”, ha affermato.
Questa interazione include una visita annuale di una settimana alla sede centrale di ARPA-E a Washington, DC, per fare rete con gli esperti dell’agenzia che supportano il programma. “Spero che con il tutoraggio e il supporto di ARPA-E questo progetto si trasformi in una collaborazione sostenibile a lungo termine”, ha affermato Zhu. “Sono anche molto emozionato di ricevere il tutoraggio di ARPA-E in termini di trasferimento dalla tecnologia al mercato perché i docenti junior di solito non hanno molta esperienza in questo”.
Il progetto potrebbe non essere stato realizzato, ha osservato Zhu, se non fosse stato per un finanziamento iniziale di 50.000 $ ricevuto dall’Institute for Energy Efficiency presso l’UCSB nel 2021, che ha fornito supporto a un ricercatore post-dottorato che ha lavorato con lei sulla prova di concetto iniziale. Fondamentale è stata anche una borsa di studio post-dottorato Climate Innovation del California Nanosystems Institute (CNSI) nel 2023, che ha aiutato Zhu e il suo team a generare dati preliminari sulla fattibilità di mercato. “Sono davvero grata per queste opportunità di finanziamento iniziale del campus”, ha affermato. “Non sono grandi, ma ti danno il tempo di pensare e un po’ di libertà di perseguire l’idea”.
Queste sovvenzioni più piccole hanno messo Zhu nelle condizioni di ricevere questa nuova sovvenzione ARPA-E, che le dà la possibilità di ottenere un sostegno futuro più ampio se il progetto andrà bene, e la concreta opportunità di ottenere significativi miglioramenti nell’efficienza della tecnologia di desalinizzazione, che probabilmente svolgerà un ruolo fondamentale in futuro.(30Science.com)
