Gli scienziati sviluppano un metodo parallelo per la raccolta della nebbia e il trattamento delle acque

La raccolta della nebbia offre alle regioni prive di laghi e fiumi un’altra fonte di acqua dolce, ma nei centri urbani, dove l’acqua è spesso scarsa, c’è l’ulteriore sfida dell’inquinamento atmosferico. Ora, i ricercatori hanno sviluppato un modo semplice per raccogliere l’acqua dalla nebbia e rimuovere contemporaneamente i contaminanti dannosi, un progresso che potrebbe aiutare a fornire a milioni di persone in tutto il mondo l’accesso all’acqua potabile sicura.

Come riportato oggi sulla rivista Nature Sustainability, i ricercatori dimostrano come una rete di acciaio nanoingegnerizzata con uno speciale rivestimento a energia solare può raccogliere le gocce d’acqua dalla nebbia, quindi trattare l’acqua per renderla sicura da bere. Il rivestimento, un polimero costituito da nanoparticelle di biossido di titanio, ha la capacità unica di rimanere reattivo una volta esposto alla luce solare e di rimuovere l'inquinamento, la pioggia o il sole, 24 ore su 24.

Questo approccio completamente passivo e ibrido alla raccolta e al trattamento dell’acqua è “il primo nel suo campo”, secondo il ricercatore principale Thomas Schutzius, assistente professore di ingegneria meccanica alla UC Berkeley. In precedenza è stato professore assistente presso l'ETH di Zurigo, dove è stata completata la maggior parte di questo lavoro.

"Con la raccolta dell'acqua, vogliamo risolvere il problema della creazione di acqua potabile dove è necessaria, ma c'è anche il problema concomitante dell'inquinamento atmosferico nei centri urbani", ha affermato Schutzius. “Pensiamo che la risposta sia il trattamento parallelo, quindi il nostro obiettivo era sviluppare collettori di nebbia che potessero raccogliere l’acqua e rimuovere parte di questo inquinamento – in particolare l’inquinamento organico – rimanendo passivi”.

Soluzione per tutto il giorno e per tutte le stagioni

Per anni, i ricercatori hanno sviluppato sistemi passivi per raccogliere in modo efficiente microscopiche gocce d’acqua dalla nebbia, spesso utilizzando grandi recinzioni verticali di rete tessuta nanoscopica. Questo lavoro precedente, tuttavia, si concentrava sulla nebbia incontaminata. Negli ambienti urbani e industriali, e anche nelle aree sottovento, le goccioline di nebbia possono essere contaminate da livelli pericolosi di inquinanti organici, molti dei quali legati al cancro o ad altri gravi problemi di salute, rendendo l’acqua raccolta non sicura da bere.

Thomas Schutzius, assistente professore di ingegneria meccanica alla UC Berkeley.

Per rimuovere questi contaminanti dalle goccioline d'acqua nebulizzate catturate, i ricercatori hanno esaminato i rivestimenti polimerici. L'autore principale Ritwick Ghosh, scienziato dell'Istituto Max Planck per la ricerca sui polimeri e ricercatore in visita presso l'ETH di Zurigo, aveva precedentemente scoperto che era possibile trattare, in misura limitata, la nebbia contaminata utilizzando rivestimenti a rete contenenti nanoparticelle di ossido di metallo attive fotocataliticamente come il biossido di titanio.

Tali rivestimenti diventano reattivi se esposti alla luce solare e provocano la decomposizione delle molecole inquinanti presenti nelle goccioline di nebbia in agenti innocui, rendendo l’acqua raccolta sicura da bere. Ma questi rivestimenti richiedevano un’illuminazione attiva e continua con lampade a raggi ultravioletti per svolgere il lavoro, il che ne impediva la capacità di trattare efficacemente gli inquinanti organici.

In questo ultimo studio, Schutzius e Ghosh hanno compiuto il passo successivo per rendere il trattamento completamente passivo: hanno ottimizzato il rivestimento di nanoparticelle in modo che potesse continuare a trattare l’acqua senza richiedere l’esposizione 24 ore su 24 ai raggi UV.

"La chiave qui è che possiamo rendere la superficie reattiva quando c'è il sole, e rimane reattiva anche quando è nebbioso o nuvoloso, esibendo un comportamento quasi capacitivo", ha detto Schutzius, descrivendo la capacità del rivestimento reattivo di immagazzinare carica, proprio come una batteria, consentendo di trattare efficacemente l'acqua indipendentemente dalle condizioni atmosferiche e dall'ora del giorno.

Eccellere nel trattamento

Nell'ambito di questo studio, i ricercatori hanno testato due tipi di rivestimento, idrofilo e idrofobo. Entrambi hanno funzionato altrettanto bene nella raccolta dell'acqua, ma la versione idrofila eccelleva nel trattamento.

Poiché il rivestimento idrofilo attira l'acqua, le gocce d'acqua raccolte formano una pellicola sottile lungo la rete, consentendo alle molecole inquinanti di percorrere una breve distanza prima di incontrare il rivestimento reattivo della rete, che poi le provoca il decadimento. Al contrario, il rivestimento idrofobico, o idrorepellente, fa sì che l'acqua si accumuli in uno spesso strato sulla rete, richiedendo più tempo affinché le particelle contaminanti raggiungano la superficie reattiva.