La crescente scarsità di acqua potabile rappresenta una delle sfide più urgenti a livello globale. Le tecnologie di dissalazione, che permettono di trasformare l’acqua salata in acqua dolce, sono fondamentali per garantire l’approvvigionamento idrico in molte aree del mondo. Tuttavia, il processo di dissalazione dell’acqua è costoso, soprattutto quando si cerca di eliminare elementi contaminanti come il boro. Per fortuna, un team di ingegneri delle Università del Michigan e Rice ha sviluppato una tecnologia innovativa che potrebbe ridurre significativamente i costi e migliorare la sostenibilità del processo.
Il problema del boro nella dissalazione dell’acqua
Il boro è un elemento naturalmente presente nell’acqua di mare. Sebbene in piccole quantità non rappresenti una minaccia, quando il boro penetra nell’acqua potabile, diventa un contaminante tossico sia per l’uomo che per le coltivazioni agricole.
Le attuali tecnologie di dissalazione, in particolare quelle basate sull’osmosi inversa, non sono molto efficaci nel rimuovere il boro, come ha detto Jovan Kamcev, assistente professore di ingegneria chimica e autore co-corrispondente dello studio pubblicato su Nature: “la maggior parte delle tecnologie ad osmosi inversa non rimuove tutto il boro presente nell’acqua, quindi gli impianti di desalinizzazione devono eseguire ulteriori processi per sbarazzarsi del boro, che possono risultare molto costosi” sia in termini economici che ambientali.
E proprio per fronteggiare questo problema, un team di ingegneri delle università del Michigan e Rice ha sviluppato “una nuova tecnologia che è abbastanza scalabile e può rimuovere il boro in modo più efficace rispetto ad alcune delle tecnologie convenzionali“.
L’innovazione dei nuovi elettrodi in tessuto di carbonio
La novità presentata dai ricercatori consiste nell’utilizzo di elettrodi in tessuto di carbonio trattato. Progettati per catturare il boro in modo più efficiente, questi elettrodi sfruttano una struttura unica contenente gruppi ossigenati che si legano specificamente al boro, separandolo dal resto degli ioni presenti nell’acqua di mare.
A differenza delle tecnologie tradizionali, che aggiungono una base chimica per caricare negativamente il boro e rimuoverlo successivamente (aumentando così i costi operativi), il nuovo sistema sfrutta una reazione elettrochimica che produce ioni negativi direttamente nell’acqua. Questo approccio elimina la necessità di aggiungere sostanze chimiche e riduce il consumo di energia, migliorando l’efficienza e la sostenibilità del trattamento.
“Il nostro dispositivo riduce le richieste chimiche ed energetiche della desalinizzazione dell’acqua di mare, migliorando significativamente la sostenibilità ambientale e tagliando i costi fino al 15%, o circa 20 centesimi per metro cubo di acqua trattata“, ha detto Weiyi Pan, ricercatore post-dottorato presso la Rice University e co-primo autore dello studio. Considerando che la capacità globale di dissalazione ha raggiunto i 95 milioni di metri cubi al giorno nel 2019, secondo l’Università del Michigan l’applicazione di questa tecnologia potrebbe portare a un risparmio annuale di circa 6,9 miliardi di dollari.
Oltre al boro, gli elettrodi sviluppati dai ricercatori potrebbero essere adattati per rimuovere altri contaminanti presenti nell’acqua, come l’arsenico, che è altrettanto difficile da trattare con i metodi tradizionali. È possibile infatti modificare le strutture funzionali degli elettrodi, affinché possano legarsi in modo specifico a diversi tipi di contaminanti, migliorando ulteriormente l’efficienza del trattamento dell’acqua.
