In un significativo passo avanti per affrontare la carenza idrica globale, gli ingegneri del MIT (Massachusetts Institute of Technology) hanno sviluppato una tecnologia a ultrasuoni altamente efficiente per estrarre acqua potabile pulita da materiali spugnosi di raccolta dell’acqua atmosferica (AWH). Sostituendo il tradizionale processo lento basato sul calore con una tecnica acustica ad alta frequenza, i ricercatori sono riusciti a recuperare l’umidità catturata in pochi minuti.
L’attuatore ultrasonico: l’onda che “scuote” l’acqua
I sistemi standard di raccolta dell’acqua atmosferica si basano su sorbenti, materiali che eccellono nell’assorbire l’umidità dall’aria, ma che rilasciano l’acqua con grande difficoltà. In genere, il vapore acqueo catturato viene fatto evaporare utilizzando il calore del sole, un processo passivo che richiede molto tempo.
“Qualsiasi materiale molto bravo a catturare l’acqua non vuole separarsene. Quindi è necessario impiegare molta energia e ore preziose per estrarre l’acqua dal materiale”, ha spiegato Svetlana Boriskina, principale ricercatrice scientifica presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica del MIT.
Nel loro studio pubblicato su Nature Communications, il team del MIT ha sostituito il lento processo termico con un metodo acustico ad alta frequenza utilizzando un dispositivo chiamato attuatore ultrasonico. Questo innovativo strumento sfrutta le onde ultrasoniche per “scuotere” l’acqua fuori dal materiale sorbente.
L’ultrasuono è definito come onde di pressione acustica che vibrano a frequenze superiori a 20 kilohertz, rendendole invisibili e impercettibili agli esseri umani. Si è scoperto che queste vibrazioni ad alta frequenza avvengono proprio alla frequenza giusta per scuotere le molecole d’acqua fuori dal materiale di raccolta.
Dal punto di vista della progettazione, il cuore del sistema di recupero dell’acqua è l’attuatore ultrasonico: un anello in ceramica piatto genera vibrazioni ad alta frequenza quando viene applicata una tensione. Questo anello vibrante è circondato da un anello esterno contenente piccoli ugelli attraverso i quali le goccioline d’acqua cadono, venendo guidate in recipienti di raccolta.
Efficienza 45 volte superiore e cicli rapidi
La vera rivoluzione sta nei risultati: questo metodo recupera l’acqua in minuti, un miglioramento significativo rispetto alle decine di minuti o ore richieste dai sistemi termici.
Nei test che utilizzavano campioni di materiale AWH di dimensioni pari a una moneta da un quarto di dollaro, il dispositivo a ultrasuoni è riuscito ad asciugare completamente ciascun campione in pochi minuti. È stato scoperto che il metodo a ultrasuoni è 45 volte più efficiente nel rimuovere l’acqua dal materiale sorbente rispetto alla tecnica standard che utilizza il calore solare.
Sebbene il nuovo sistema richieda una fonte di alimentazione, il team prevede che possa essere alimentato da una piccola cella solare. Questa capacità permette un sistema automatizzato in grado di attivarsi quando il sorbente è pieno, consentendo cicli multipli di assorbimento e agitazione nell’arco di una singola giornata.
“L’importante è quanta acqua è possibile estrarre al giorno. Con gli ultrasuoni, possiamo recuperare acqua rapidamente e ripetere il ciclo ancora e ancora. Questo può portare a un notevole volume quotidiano“, ha osservato Boriskina.
I ricercatori immaginano un sistema su scala domestica, grande all’incirca quanto una finestra, dotato di un materiale ad assorbimento rapido e dell’attuatore ultrasonico. In definitiva, questo sistema a cicli rapidi potrebbe rappresentare una svolta fondamentale per le comunità nelle regioni desertiche e nelle aree in cui le tradizionali forniture idriche e persino le opzioni di desalinizzazione dell’acqua salata sono limitate.
