La scarsità di acqua è un grande problema in tutto il mondo. “Colpisce ogni continente”, dice Amir Barati Farimani, assistente professore di ingegneria meccanica. “Quattro miliardi di persone vivono in condizioni di grave carenza d’acqua almeno un mese all’anno. Mezzo miliardo di persone vive in condizioni di grave scarsità d’acqua tutto l’anno”.
Anche se le persone lottano senza accesso all’acqua potabile, ci sono oceani di acqua non potabile proprio fuori dalla loro porta. “Il 71% della superficie mondiale è coperto da acqua di mare”, dice Barati Farimani. “Quindi questa è una contraddizione molto interessante”.
Per combattere questo problema, Barati Farimani ha concentrato la sua ricerca sulla desalinizzazione dell’acqua. Questo è il processo in cui l’acqua di mare salata può essere trasformata in acqua dolce.
Ci sono molti modi per desalinizzare l’acqua, ma uno dei più efficaci è la desalinizzazione a membrana. In questo metodo, l’acqua viene spinta attraverso una membrana sottile con piccoli fori. L’acqua scorre attraverso i pori, ma gli ioni di sale non possono, lasciando solo acqua dolce dall’altra parte.
Fonte: College of Engineering
Un quadro metallorganico conduttivo (MOF) è un nuovo tipo di membrana per la desalinizzazione dell’acqua.
Nella sua ultima ricerca, Barati Farimani esplora il potenziale di un nuovo tipo di membrana, chiamato quadro metallorganico (MOF). “Queste membrane sono composte sia da un centro metallico che da un composto organico”, dice Barati Farimani. Il composto organico e il metallo si collegano in un modello pentagonale, lasciando un buco al centro che funge da poro. “Se li guardi, sono come un nido d’ape”, aggiunge Barati Farimani.
Ci sono un paio di ragioni per cui la struttura è più efficace. In primo luogo, è incredibilmente sottile. Ha pochi atomi di spessore, il che significa che c’è molto poco attrito quando le molecole d’acqua passano attraverso i pori.
Inoltre, la disposizione dei pori aiuta la permeazione. “Quando non si hanno pori adiacenti, c’è un’enorme pressione della parete sulle molecole”, dice Barati Farimani. Questo rende il processo di desalinizzazione meno efficiente. Per capire perché, basta immaginare di versare l’acqua in un imbuto. L’acqua si muove più lentamente attraverso il foro alla fine perché è spinta contro le pareti e costretta attraverso un piccolo spazio.
Il MOF, d’altra parte, ha più pori adiacenti. “Non c’è pressione dal lato delle pareti”, dice Barati Farimani. “E questo dà loro la possibilità di passare più facilmente attraverso il poro”. Immaginate di versare l’acqua attraverso un colino questa volta – si muove molto più rapidamente, perché ha più punti di uscita attraverso cui può sfuggire.
Infine, il MOF ha più integrità strutturale di altri materiali. Nella maggior parte dei materiali, gli scienziati devono praticare piccoli fori per creare i pori necessari, il che limita la quantità che può essere creata per superficie. “Se vuoi creare molti pori, il grafene o il MoS2 non possono farlo”, dice Barati Farimani. “Strutturalmente non possono reggere la pressione”.
Ma grazie alla sua struttura a nido d’ape, il MOF è intrinsecamente poroso. Questo permette un più alto rapporto tra pori e superficie. Si risparmia anche tempo ed energia, dato che i pori non hanno bisogno di essere forati, o addirittura regolati nelle dimensioni.
Le differenze tra il MOF e altre membrane tipiche sono notevoli, sia in termini di quanto velocemente l’acqua passa attraverso e quanti ioni vengono respinti. E questo è solo guardando una simulazione di pochi pori. Un impianto di desalinizzazione può avere miliardi di pori, aumentando esponenzialmente la sua efficienza. “Nella scala di una grande operazione, sarebbe enorme”, dice Barati Farimani. “Anche un piccolo aumento di efficienza significherebbe un salto enorme”.
Dobbiamo fornire acqua dolce a molte persone svantaggiate. Questa è la nostra missione: renderla così efficiente dal punto di vista energetico da avere la desalinizzazione dell’acqua ovunque.
Amir Barati Farimani, Assistant Professor, Mechanical Engineering
L’articolo di Barati Farimani sulla sua ricerca è stato pubblicato su Nano Letters, una rivista scientifica mensile peer-reviewed pubblicata dalla American Chemical Society. Si aggiunge ad una crescente conversazione sulla desalinizzazione dell’acqua e rappresenta un importante passo avanti nel campo.
Oltre al mondo accademico, Barati Farimani spera che la sua ricerca possa avere un impatto nella vita delle persone. “Abbiamo bisogno di fornire acqua dolce a molte persone svantaggiate, come in Africa o in altri luoghi”, dice. “Fondamentalmente questa è la nostra missione: renderla così efficiente dal punto di vista energetico da avere la desalinizzazione dell’acqua ovunque”.