Roma – A fronte di un aumento dei livelli di salinità dell’acqua a livello globale è scattata la corsa a nuovi metodi per desalinizzarla. È quanto emerge da un nuovo articolo pubblicato su “Nature”. L’innalzamento dei livelli del mare sta spingendo il sale nelle falde acquifere costiere, mentre l’eccessiva estrazione di acque sotterranee in altri luoghi sta attirando acque più profonde e salate nelle falde acquifere. E le attività umane, dallo sghiacciamento delle strade al lavaggio dei vestiti e alla fertilizzazione dei campi, stanno inquinando le acque superficiali con molti tipi di sale. Lo scorso ottobre, i ricercatori hanno riferito che i livelli di sale nei principali corsi d’acqua in tutto il mondo stanno aumentando; alcuni bacini idrici sono ora diverse volte più salati di quanto non fossero alcuni decenni fa. Inutile sottolineare il problema che questa situazione comporta. Per farvi fronte nuove ricerche stanno cercando di sviluppare nuovi metodi più efficienti e più efficaci per la desalinizzazione. Un metodo standard per la desalinizzazione prevede il riscaldamento dell’acqua di mare per farla evaporare, quindi la condensazione del vapore; questo principio di base è utilizzato oggi in un gran numero di impianti di desalinizzazione del mondo, in particolare quelli che punteggiano le coste del Golfo in Medio Oriente. Ma questo metodo consuma molta energia. Una tecnica più efficiente dal punto di vista energetico è emersa negli anni ’60, utilizzando la pressione fisica per forzare le molecole d’acqua attraverso minuscoli pori di una sottile membrana, lasciando indietro ioni di sale disciolti. Questo processo, chiamato osmosi inversa, è il gold standard per gli impianti di desalinizzazione odierni. Il problema è che l’osmosi inversa ha un limite. Man mano che si estrae acqua dolce, le acque di sorgente diventano sempre più salate, rendendo sempre più difficile continuare il processo di separazione. Questo è un “problema inevitabile”, afferma Christopher Fellows, un chimico della Saline Water Conversion Corporation (SWCC) di Jubail, in Arabia Saudita. Tutte le forme di desalinizzazione lasciano una salamoia di scarto che deve essere gestita.
In Arabia Saudita, riconoscendo l’opportunità di generare entrate extra producendo al contempo più acqua dolce, la SWCC, di proprietà governativa, sta costruendo un impianto dimostrativo per raccogliere il cloruro di sodio, tra gli altri sali, dai rifiuti della desalinizzazione dell’acqua di mare. L’impianto, la cui messa in funzione è prevista per la fine di quest’anno ad Haql, in Arabia Saudita, utilizza una tecnica emergente di selezione del sale chiamata nanofiltrazione come parte di una lunga serie di processi, afferma Fellows. Come l’osmosi inversa, la nanofiltrazione funziona spingendo le molecole d’acqua attraverso una membrana. Ma la membrana ha pori più grandi che consentono anche il passaggio di alcuni ioni di sale: gli ioni di sale disciolti che trasportano solo una carica elettrica, come sodio, potassio e cloruro, possono attraversare la barriera, mentre quelli con due o più cariche, come magnesio e calcio, rimangono indietro. La sfida principale dello SWCC è produrre cloruro di sodio sufficientemente puro per il mercato dei cloro-alcali. La fase finale presso l’impianto SWCC prevede la bollitura della salamoia calda fino a quando il cloruro di sodio puro non cristallizza. Questa fase ad alta intensità energetica è tutt’altro che ideale, afferma Fellows. Il suo team ha iniziato a esplorare altre strategie per questa fase, tra cui la desalinizzazione tramite congelamento. Questo approccio è ispirato dal fatto che il ghiaccio marino è composto da acqua dolce, anche se l’acqua di mare è salata. È allettante, afferma Fellows, perché per congelare l’acqua ghiacciata ci vuole un settimo dell’energia necessaria per evaporare l’acqua bollente. “Non so quale sia la strategia vincente al momento, ma sarà diversa per le diverse separazioni che vogliamo fare”, afferma Fellows. Molti gruppi si stanno concentrando su una strategia alternativa che utilizza l’elettricità, anziché la pressione, per svolgere il lavoro di separazione. In questa tecnica, una corrente elettrica viene utilizzata per tirare gli ioni di sale disciolti attraverso membrane specializzate a scambio ionico, che consentono il movimento degli ioni in una sola direzione. Quando gli ioni attraversano queste membrane, la salamoia in cui hanno iniziato diventa più diluita. I ricercatori si aspettano che la tecnica sia utile per prediluire salamoie estremamente salate in modo che l’osmosi inversa convenzionale possa quindi essere utilizzata per spremere più acqua fresca. In una variante di queste tecniche basate sull’elettricità, il team di Shihong Lin, un ingegnere ambientale presso la Vanderbilt University di Nashville, Tennessee ha provato a far aumentare le concentrazioni di ioni di sale che attraversano le membrane a scambio ionico fino a formare cristalli solidi. Questo tentativo di cristallizzare i sali senza far evaporare l’acqua ha funzionato bene per alcuni sali, come il solfato di sodio, che si trova comunemente nelle acque reflue delle centrali elettriche, dice Lin, ma non per il sale più abbondante nelle salamoie di scarto, il cloruro di sodio. Gli ioni di sodio e cloruro trattengono le molecole d’acqua così saldamente che trascinano anche l’acqua attraverso la membrana, dice Lin. Per evitare sia l’evaporazione che l’uso di membrane, i membri del team dell’ingegnere ambientale Ngai Yin Yip della Columbia Universitys tanno invece cercando di utilizzare solventi chimici. Un candidato promettente è un solvente disponibile in commercio chiamato diisopropilammina. Il solvente galleggia sulla salamoia e, a basse temperature, risucchia selettivamente le molecole d’acqua, lasciando indietro la maggior parte degli ioni di sale. A temperature più elevate, la diisopropilammina diventa idrorepellente ed espelle spontaneamente l’acqua che ha assorbito, così l’acqua può essere recuperata e il solvente riutilizzato. Yip afferma che il suo team ha utilizzato questo metodo per recuperare acqua dolce da campioni di salamoia che sono fino a dieci volte più salati dell’acqua di mare, un compito impossibile per l’osmosi inversa standard. La porzione di acqua dolce potrebbe non essere potabile finché non verranno prese ulteriori misure per rimuovere il solvente contaminante e il sale, affermano i ricercatori. Ma la tecnica potrebbe aiutare le industrie che cercano di riciclare l’acqua dalle loro salamoie di scarto. I ricercatori stanno attualmente partecipando a una sfida a premi organizzata dal Dipartimento dell’energia degli Stati Uniti per costruire un piccolo pilota che utilizzerebbe il calore solare per la fase di espulsione dell’acqua. Jason Ren della Princeton University nel New Jersey e i suoi colleghi hanno adottato un approccio completamente diverso , ispirato dagli alberi. Gli alberi possono risucchiare l’acqua per diversi metri contro la gravità, emettendo vapore acqueo pulito dalle loro foglie mentre intrappolano i composti disciolti nei loro tessuti. L’approccio del suo team imita gli alberi utilizzando lunghe stringhe di fibre con un’estremità che assorbe acqua salata. Mentre la salamoia viaggia verso l’alto, i sali vengono separati sfruttando il principio comune della cromatografia: diversi composti si muovono a velocità diverse attraverso un mezzo. Il bersaglio principale di Ren, il cloruro di litio, è estremamente solubile e piccolo, quindi i suoi ioni si muovono rapidamente lungo la stringa, prima degli ioni di sodio più grandi. Ren ha utilizzato con successo questo metodo per recuperare il litio da campioni di salamoia naturale dal Cile, utilizzando meno energia e spazio rispetto all’evaporazione convenzionale. Il team sta progettando un modulo chiuso che incorpora pile di queste stringhe. I ricercatori mirano a estrarre il litio dalle salamoie di scarto prodotte dalle operazioni di petrolio e gas, recuperando al contempo l’acqua evaporata. (30science.com)
