Scienza. Energie Rinnovabili. Da acqua a vapore sfruttando l'energia solare

Realizzato un dispositivo in grado di assorbire il calore solare e di usarlo per trasformare acqua liquida in vapore a una temperatura superiore a 100 gradi Celsius. L'apparecchiatura potrebbe essere utile per sterilizzazioni di strumenti medici o per ottenere acqua potabile in aree in cui l'accesso a fonti tradizionali di energia è complicato o impossibile.
 

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Assorbire il calore del Sole e produrre vapore superriscaldato, con una temperatura superiore a 100 gradi Celsius, senza l’ausilio di ottiche costose. È quanto permette di fare un dispositivo messo a punto da ricercatori del Massachusetts Institute of Technology guidati da Gang Chen e descritto su “Nature Communications”.

Le applicazioni di questo sistema di riscaldamento passivo sono diverse: in una giornata soleggiata potrebbe consentire di sterilizzare strumenti chirurgici o dentistici, oppure potrebbe cuocere cibi. Ma gli autori già pensano ad applicazioni industriali come per esempio la desalinizzazione dell’acqua. In generale, questo sistema, potrebbe essere utile in tante applicazioni in aree in cui l'accesso a fonti tradizionali di energia è complicato o impossibile.

Un'immagine del nuovo dispositivo durante una fase dei test. (Cortesia Thomas Cooper e altri)

Il gruppo di Chen studia da anni il processo di conversione del calore solare in una forma utilizzabile a fini pratici.

Nel 2014, ha dato la prima dimostrazione di un generatore di vapore a energia solare costituito da una schiuma di carbonio ricoperta di grafite che galleggiava sull’acqua. La struttura assorbiva e concentrava sulla superficie dell’acqua il calore che altrimenti sarebbe penetrato più in profondità. Dopo vari tentativi di sviluppo del dispositivo con strutture e materiali differenti, i ricercatori hanno però concluso che qualunque dispositivo galleggiante avrebbe dovuto affrontare il problema della contaminazione da parte di sale o di altre sostanze presenti nell’acqua.

Si sono quindi decisi a cambiare la struttura dell’apparato, progettando un dispositivo che rimane sospeso al di sopra del pelo dell'acqua. Esposto alla radiazione solare, ne assorbe la componente a lunghezza d'onda corta, grazie all’azione di uno strato in materiale composito di ceramica e metallo che è un assorbitore solare altamente efficiente. L’energia così assorbita è poi ceduta all’acqua sottostante a lunghezze d'onda più lunghe, cioè come radiazione infrarossa. Queste lunghezze d'onda sono facilmente assorbite dall'acqua, al contrario di ciò che avviene con quelle della luce visibile che la attraversano.

Una volta che l'acqua raggiunge il punto di ebollizione (100 °C), libera vapore che risale nel dispositivo, dove viene incanalato attraverso lo strato centrale di schiuma di carbonio che riscalda ulteriormente il vapore sopra il punto di ebollizione, prima che prenda la via di un singolo tubo, da cui può essere facilmente raccolto.

"Questa ingegnerizzazione di diversi materiali e il modo in cui sono organizzati ci permette di raggiungere efficienze ragionevolmente elevate con questa disposizione senza contatto", ha spiegato Thomas Cooper che ha guidato la ricerca. "È un sistema completamente passivo che si può lasciare all’aperto, esposto alla luce solare, per produrre vapore: potrebbe costituire la base per apparecchiature più grandi da utilizzare in zone remote del pianeta, per generare abbastanza acqua potabile per il sostentamento di una famiglia, oppure per sterilizzare attrezzature per una sala operatoria".