Per rendere i deserti adatti all’attività agricola un team di ricercatori della Hamad Bin Khalifa University (HBKU) in Qatar ha sviluppato un sistema modulare rivoluzionario che non solo desalinizza l’acqua, ma permette grazie ai suoi pannelli fotovoltaici di produrre idrogeno e fornire aria fredda agli edifici.
Una soluzione modulare per il deserto
Come raccontano a pv magazine i ricercatori Nurettin Sezer e Sertac Bayhan “le attività agricole in località desertiche remote devono affrontare sfide significative a causa dell’elevata domanda di acqua ed energia e della mancanza delle infrastrutture necessarie“.
Per questo motivo, non è sufficiente un impianto semplice, ma serve uno multifunzionale, ovvero in grado di svolgere diverse attività: dalla desalinizzazione alla produzione di energia e idrogeno, fino all’emissione di aria fredda. Come appunto il sistema progettato dai ricercatori dell’HBKU.
Descritto nel loro studio pubblicato sulla rivista scientifica Desalination, questo sistema di desalinizzazione prevede un impianto fotovoltaico composto da pannelli bifacciali c-Si, capaci di generare fino a 1,5 MW di energia elettrica, con un’efficienza del 23,2%. Di questa energia, 100 kW vengono destinati all’uso diretto da parte degli agricoltori, mentre il resto alimenta le varie componenti del sistema.
Come funziona il sistema di desalinizzazione
Per quanto riguarda il funzionamento dell’intero sistema, all’inizio l’impianto provvede al pompaggio e al pre-raffreddamento delle acque sotterranee, avviando un processo che include la desalazione a freddo e il raffrescamento dell’aria.
Un ciclo di compressione a vapore con il refrigerante R134a permette di raffreddare l’acqua salina fino alla formazione di cristalli di ghiaccio, che separano il sale dall’acqua pura. Il ghiaccio viene poi immagazzinato, e il suo potenziale energetico viene utilizzato per il raffrescamento. Una volta sciolto, l’acqua pura risultante può essere impiegata per l’irrigazione o il consumo.
Successivamente, una parte dell’acqua desalinizzata viene trattata attraverso un modulo di elettrodeionizzazione, che riduce la conducibilità elettrica e la rende idonea alla produzione di idrogeno. Grazie a un elettrolizzatore a membrana a scambio protonico, si produce idrogeno ad alta purezza, che viene compresso e stoccato in serbatoi a idruri metallici. Durante le ore notturne, un sistema a celle a combustibile alimentato dall’idrogeno genera energia elettrica, garantendo un funzionamento continuo del sistema.
Efficienza e sostenibilità garantiti
Il team ha simulato il funzionamento del sistema di desalinizzazione in condizioni desertiche tipiche, con temperature di 30 °C, umidità al 50% e venti moderati.
I risultati sono sorprendenti: ogni giorno il sistema produce 311,3 m³ di acqua sotterranea, 52,8 m³ di ghiaccio, 6,3 MWh per il raffrescamento, 1.581 litri di acqua demineralizzata e 177 kg di idrogeno. Per quanto riguarda il livello di efficienza energetica, si va dal 17,8% al 56% a seconda del momento della giornata.
Questi risultati dimostrano che la sinergia tra varie tecnologie consente un utilizzo ottimale dell’energia disponibile, rendendo il sistema estremamente adatto a sostenere le attività agricole in zone remote e aride.
