Un nuovo sistema ideato dagli ingegneri del MIT potrebbe fornire una fonte di acqua potabile a basso costo per le città inaridite in tutto il mondo, riducendo allo stesso tempo i costi operativi delle centrali elettriche.
Circa il 39% di tutta l’acqua dolce prelevata da fiumi, laghi e bacini idrici negli Stati Uniti è destinata al fabbisogno di raffreddamento delle centrali elettriche che utilizzano combustibili fossili o energia nucleare, e gran parte di quell’acqua finisce per fluttuare via in nuvole di vapore . Ma il nuovo sistema MIT potrebbe potenzialmente salvare una parte sostanziale di quell’acqua persa, e potrebbe persino diventare una fonte significativa di acqua potabile pulita e sicura per le città costiere dove l’acqua di mare viene utilizzata per raffreddare le centrali elettriche locali.
Il principio alla base del nuovo concetto è ingannevolmente semplice: quando l’aria ricca di nebbia viene colpito con un fascio di particelle cariche elettricamente, conosciute come ioni, le gocce d’acqua diventano elettricamente cariche e quindi possono essere attratte verso una rete di fili, simile a una finestra schermo, posizionata sul loro percorso. Le goccioline si raccolgono su quella rete, scendono in una vaschetta di raccolta e possono essere riutilizzate nella centrale elettrica o inviate al sistema di approvvigionamento idrico della città.
Il sistema, che è la base di una società chiamata Infinite Cooling che lo scorso mese ha vinto il concorso da 100.000 dollari dell’imprenditorialità del MIT, è descritto in un articolo pubblicato questa settimana sulla rivista Science Advances , co-autore di Maher Damak PhD ’17 e professore associato di ingegneria meccanica Kripa Varanasi. Damak e Varanasi sono tra i co-fondatori della startup.
La visione di Varanasi era quella di sviluppare sistemi di recupero dell’acqua altamente efficienti catturando le gocce d’acqua sia dalla nebbia naturale che dalle torri di raffreddamento industriali. Il progetto è iniziato come parte della tesi di dottorato di Damak, che mirava a migliorare l’efficienza dei sistemi di raccolta delle nebbie che vengono utilizzati in molte regioni costiere scarsamente idriche come fonte di acqua potabile. Quei sistemi, che generalmente sono costituiti da una sorta di rete di plastica o di metallo appesa verticalmente nel percorso di banchi di nebbia che arrivano regolarmente dal mare, sono estremamente inefficienti, catturando solo circa dall’1 al 3% delle gocce d’acqua che li attraversano. Varanasi e Damak si sono chiesti se ci fosse un modo per fare in modo che le maglie catturassero più gocce, e hanno trovato un modo molto semplice ed efficace per farlo.
Il motivo dell’inefficienza dei sistemi esistenti è diventato evidente negli esperimenti di laboratorio dettagliati del team: il problema è nell’aerodinamica del sistema. Quando una corrente d’aria supera un ostacolo, come i fili di questi schermi reticolati, il flusso d’aria devia naturalmente attorno all’ostacolo, proprio come l’aria che scorre intorno a un’ala di un aeroplano si separa in correnti che passano sopra e sotto la struttura dell’ala. Questi flussi d’aria devianti trasportano goccioline che si diressero verso il filo di lato, a meno che non fossero diretti verso il centro del filo.
L’acqua estratta potrebbe essere convogliata verso il sistema di acqua potabile di una città, o utilizzata in processi che richiedono acqua pura, come nelle caldaie di una centrale elettrica, anziché essere utilizzata nel suo sistema di raffreddamento in cui la qualità dell’acqua non è molto importante.
Una tipica centrale elettrica da 600 megawatt, dice Varanasi, potrebbe catturare 150 milioni di litri d’acqua all’anno, che rappresentano un valore di milioni di dollari. Questo rappresenta circa il 20-30% dell’acqua perduta dalle torri di raffreddamento. Con ulteriori perfezionamenti, il sistema potrebbe essere in grado di catturare ancora di più, dice.
Inoltre, poiché le centrali elettriche sono già presenti in molte coste aride e molte di esse sono raffreddate con acqua di mare, questo fornisce un modo molto semplice per fornire servizi di desalinizzazione dell’acqua a una piccola frazione del costo della costruzione di un impianto di dissalazione autonomo. Damak e Varanasi stimano che il costo di installazione di tale conversione sarebbe di circa un terzo di quello di un edificio con un nuovo impianto di desalinizzazione, e i suoi costi operativi sarebbero circa 1 a 50.
“Questa può essere un’ottima soluzione per affrontare la crisi idrica globale”, afferma Varanasi. “Potrebbe compensare la necessità di circa il 70% delle nuove installazioni di impianti di dissalazione nel prossimo decennio.”
Il team sta attualmente costruendo una versione di prova completa del proprio sistema da collocare sulla torre di raffreddamento del Central Utility Plant del MIT, una centrale elettrica a cogenerazione a gas naturale che fornisce la maggior parte dell’elettricità, del riscaldamento e del raffreddamento del campus. L’installazione dovrebbe essere in atto entro la fine dell’estate e sarà sottoposta a test in autunno.
