Acqua e carburante green grazie all’energia solare: la ricerca di Cambridge

L’ateneo britannico mette a punto un dispositivo galleggiante che trasforma l’acqua contaminata o di mare in idrogeno pulito e acqua purificata

Un dispositivo galleggiante a energia solare in grado di trasformare l’acqua contaminata o l’acqua di mare in combustibile idrogeno pulito e acqua purificata, ovunque nel mondo. È il progetto di ricerca a cui ha lavorato un team di studiosi dell’Università di Cambridge, i cui risultati sono stati pubblicati sulla rivista “Nature Water” in un articolo firmato da Chanon Pornrungroj, membro del Darwin College, e Ariffin Mohamad Annuar, membro del Clare College, coautori dell’articolo e membri della squadra guidata dal professor Erwin Reisner, Fellow del St John’s College. La ricerca è stata sostenuta in parte dal programma Horizon 2020 della Commissione europea, dal Consiglio europeo della ricerca, dal Cambridge Trust, dal Petronas Education Sponsorship Programme e dal Winton Programme for the Physics of Sustainability.

Il dispositivo solare studiato dai ricercatori

Il funzionamento del dispositivo sviluppato dai ricercatori – si legge in una nota dell’ateneo brintannico – si ispira alla fotosintesi, il processo con cui le piante convertono la luce solare in cibo: “Ma a differenza delle versioni precedenti della ‘foglia artificiale’, che potevano produrre idrogeno verde da fonti di acqua pulita – spiega la ricerca – questo nuovo dispositivo funziona da fonti di acqua inquinata o marina e può produrre allo stesso tempo acqua potabile pulita”. Per sperimentare il dispositivo i ricercatori hanno svolto diversi test utilizzando acque altamente inquinate, acqua di mare e l’acqua prelevata dal fiume Cam, nel centro di Cambridge.

Come funziona il dispositivo solare galleggiante

Ma come funziona il dispositivo progettato dai ricercatori?
Si tratta di un fotocatalizzatore depositato su una rete di carbonio nanostrutturata che assorbe bene sia la luce che il calore, generando il vapore acqueo utilizzato dal fotocatalizzatore per creare idrogeno. La rete di carbonio porosa, trattata per respingere l’acqua, è servita sia per aiutare il fotocatalizzatore a galleggiare sia per tenerlo lontano dall’acqua sottostante, in modo che i contaminanti non interferissero con la sua funzionalità.

Inoltre, spiegano gli studiosi, il nuovo dispositivo utilizza una maggiore quantità di energia solare: “Il processo di produzione dei combustibili solari guidato dalla luce utilizza solo una piccola parte dello spettro solare”, sottolinea Mohamad Annuar, mentre in questo caso i ricercatori hanno utilizzato uno strato bianco che assorbe i raggi UV sulla parte superiore del dispositivo galleggiante per la produzione di idrogeno attraverso la scissione dell’acqua. Il resto della luce dello spettro solare viene trasmesso alla parte inferiore del dispositivo, che vaporizza l’acqua. “In questo modo sfruttiamo meglio la luce: otteniamo il vapore per la produzione di idrogeno e il resto è vapore acqueo – argomenta Pornrungroj – così imitiamo davvero una foglia vera e propria, poiché siamo riusciti a incorporare il processo di traspirazione”.

Le difficoltà da superare

“Mettere insieme la produzione di combustibili solari e la purificazione dell’acqua in un unico dispositivo è difficile – spiega Chanon Pornrungroj del Dipartimento di Chimica Yusuf Hamied di Cambridge, coautore dell’articolo – La scissione dell’acqua guidata dall’energia solare, in cui le molecole d’acqua vengono scomposte in idrogeno e ossigeno, deve iniziare con acqua totalmente pura perché qualsiasi contaminante può avvelenare il catalizzatore o causare reazioni chimiche collaterali indesiderate”.

“Ma nelle regioni remote o in via di sviluppo, dove l’acqua pulita è relativamente scarsa e le infrastrutture necessarie per la purificazione dell’acqua non sono facilmente disponibili, la scissione dell’acqua è estremamente difficile – aggiunge Ariffin Mohamad Annuar, l’atro coautore dell’articolo pubblicato da Nature Water – Un dispositivo in grado di funzionare utilizzando acqua contaminata potrebbe risolvere due problemi contemporaneamente: potrebbe scindere l’acqua per produrre carburante pulito e potrebbe produrre acqua potabile pulita“.

Uno strumento contro le crisi idriche ed energetiche

Il dispositivo che potrebbe essere industrializzato a partire dai risultati della ricerca dell’Università di Cambridge, in grado di produrre contemporaneamente carburante e acqua pulita utilizzando la sola energia solare, potrebbe contribuire ad affrontare le crisi energetiche e idriche che affliggono molte parti del mondo. “In pochi passi – spiega Mohamad Annuar – possiamo costruire un dispositivo che funziona bene con l’acqua proveniente da un’ampia varietà di fonti”. A questo si aggiunge la versatilità del dispositivo, che può lavorare anche in acque torbide o fangose.

– Erwin Reisner, coordinatore della ricerca