I ricercatori hanno sviluppato un nuovo tipo di depuratore d’acqua che imita il modo in cui gli alberi di mangrovie rimuovono il sale dall’acqua salata.
Questo studio non solo offre una migliore comprensione del sistema idraulico degli impianti, ma potrebbe anche portare alla creazione di nuove tecnologie di desalinizzazione.
Un’impresa ingegneristica che da tempo sconcerta gli scienziati è il modo in cui le mangrovie sopravvivono nei loro ambienti convertendo l’acqua salata in acqua dolce. Il coautore Jay Werber dell'Università di Yale ha raccontato che lui e il suo team hanno sviluppato il meccanismo basandosi su una proposta su come funzionano le mangrovie. Ha aggiunto che, poiché erano ingegneri e non biologi, hanno attaccato lo studio da una prospettiva ingegneristica.
Il dispositivo, che i ricercatori chiamano mangrovia artificiale, combina gli effetti di desalinizzazione della radice della mangrovia, il pompaggio capillare delle sue foglie e la capacità di conduzione dell'acqua del suo stelo. La chiave del successo della tecnologia risiede nella sua capacità di generare elevati livelli di pressione negativa, simili a quelli che si creano bevendo con una cannuccia.
Nelle loro mangrovie artificiali, l'evaporazione avviene in membrane appositamente progettate che agiscono come foglie. Questi creano una grande quantità di pressione negativa, guidando la desalinizzazione dell'acqua salata attraverso una "radice" di membrana. Gli alberi hanno bisogno di una pressione negativa per assorbire abbastanza acqua. Le mangrovie, abbondanti nei paesi tropicali come India, Brasile e Malesia, nonché nello stato della Florida, devono produrre una pressione negativa ancora maggiore per assorbire l'acqua salata del loro ambiente e desalinizzare l'acqua con le loro radici in un processo chiamato osmosi inversa.
Ciò che è ancora più impressionante, secondo i ricercatori, è il modo in cui gli alberi riducono al minimo la formazione di bolle d'aria all'interno del loro sistema di tubi dell'acqua.
Quando l'acqua forma bolle sotto un'elevata pressione negativa, può interrompere il flusso dell'acqua nello xilema della pianta. (Correlato: gli esperti chiedono la protezione delle macchie di mangrovie, non importa quanto grandi o piccole, per preservare "ecosistemi incredibilmente importanti".) Il nuovo dispositivo riesce in un’impresa simile riducendo al minimo la formazione di sacche d’aria, grazie a una struttura di silice porosa posizionata al centro dei dispositivi, afferma il coautore Yukun Wang.
Utilizzo di mangrovie artificiali oltre la desalinizzazione
Oltre ad essere utilizzato per la desalinizzazione, Werber e il team ritengono che la loro ricerca potrebbe avere altre applicazioni pratiche.
Werber afferma che il lavoro potrebbe portare alla creazione di dispositivi su piccola scala per separare le soluzioni. "In genere, hai una pompa costosa che crea una pressione molto elevata per separare queste sostamze. Con il dispositivo per le mangrovie, puoi utilizzare l'evaporazione per guidarla in modo completamente passivo", ha condiviso Wang. Il dispositivo sarà utile anche in situazioni in cui l'elettricità non è facilmente disponibile. Imita il processo naturale, generando una pressione negativa molto maggiore di quella generata dall'albero di mangrovia.
Il sistema riesce a desalinizzare l’acqua con una concentrazione di sale quasi 10 volte quella dell’acqua di mare, quindi potrebbe portare a modi per desalinizzare l’acqua molto salata, come l’acqua prodotta attraverso l’idrofracking.
L’idrofracking è un processo che rilascia petrolio o gas naturale intrappolato in formazioni rocciose di scisto per espandere la produzione negli Stati Uniti.
Inoltre, il dispositivo ha anche il potenziale per essere utilizzato nella riduzione delle inondazioni incorporandolo nelle “città spugna”, ovvero aree progettate per raccogliere l’acqua piovana e rimuoverla rapidamente.
Il coautore Jongho Lee ha dichiarato: "Gli edifici potrebbero essere progettati per funzionare come alberi di mangrovie: i loro muri esterni funzionerebbero come foglie e le fondamenta agirebbero come radici che filtrano i contaminanti".
Il dispositivo fornisce una finestra su un processo su cui gli scienziati si interrogano da molto tempo. “Eravamo semplicemente curiosi di sapere come la natura fa alcune cose, ed è una cosa così sorprendente che siamo riusciti a descriverla con la fisica. Abbiamo dimostrato che l'albero segue i principi fisici e che possiamo imitarli in un dispositivo microfluidico", ha detto Elimelech.
