Nelle aree remote è molto difficile disporre di acqua calda e vapore per generare abbastanza acqua potabile per una famiglia, per cucinare, pulire o sterilizzare attrezzature mediche. Gli ingegneri del Massachusetts Institute of Technology (MIT) hanno costruito un dispositivo che assorbe abbastanza calore dal Sole per far bollire l’acqua e produrre un vapore “surriscaldato” a più di 100 gradi. La sua valenza è importante in quanto si tratta di una soluzione economica, che non fa uso di costose ottiche.
Parliamo di un sistema completamente passivo che ha circa dimensioni e spessore di un tablet, costruito come un sandwich. Lo strato superiore è costituito da un composito di ceramica metallica che assorbe in modo particolarmente efficiente l’energia solare a lunghezza d’onda corta. L’energia solare riscalda il dispositivo, provocando la rigenerazione di questo calore, sotto forma di radiazione infrarossa a lunghezza d’onda più lunga. Lo strato inferiore è rivestito con un materiale che emette forte calore in modo facile ed efficiente e lo trasmette all’acqua sottostante. La differenza fra le lunghezze d’onda catturate ed emesse è dovuta al fatto che le lunghezze d’onda dell’infrarosso sono più facilmente assorbite dall’acqua, a differenza delle lunghezze d’onda solari.
Una volta che l’acqua raggiunge il punto di ebollizione (100° C), produce vapore che risale e viene incanalato attraverso lo strato centrale, ottenuto con schiuma di carbonio reticolato. Si tratta di un materiale simile a una spugna, costellato di tunnel e pori e capace di trattenere il calore del sole e riscaldare ulteriormente il vapore che lo attraversa. I ricercatori hanno poi collegato un piccolo tubo di scarico ad un’estremità della schiuma, attraverso la quale viene convogliato il vapore prodotto, che può così essere facilmente raccolto. Il tutto è posizionato sopra a una bacinella d’acqua, rivestita con un involucro in polimero per evitare la fuoriuscita di calore.
In una giornata di sole questa semplice struttura può pompare passivamente vapore sufficientemente caldo da sterilizzare attrezzature mediche, nonché da utilizzare in cucina e per la pulizia. Il vapore può anche fornire calore a processi industriali, oppure può essere raccolto e condensato per produrre acqua potabile distillata e desalinizzata.
Questo prodotto è l’ultima evoluzione di uno studio iniziato tempo fa, che impiegava spugne simili a schiuma. Però erano galleggianti, e la struttura degradava nel tempo a causa delle contaminazioni. Per questo il nuovo dispositivo è progettato per essere sospeso sull’acqua.
I test in laboratorio sono stati fatti con un simulatore solare che genera luce solare simile a quella naturale di una giornata limpida e soleggiata. Hanno permesso di riscaldare l’acqua fino al punto di ebollizione e produrre vapore surriscaldato a 122° C. Aumentando l’intensità della luce di 1,7 volte i ricercatori hanno ottenuto vapore a 144° C.
I risultati sono talmente buoni da essere stati pubblicati sulla prestigiosa rivista scientifica Nature Communications. Thomas Cooper, a capo del gruppo di ricerca, ha spiegato che “sono l’ingegnosa ingegnerizzazione di diversi materiali e il modo in cui sono organizzati a permettere di raggiungere efficienze ragionevolmente elevate con questa soluzione senza contatto”.
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