Un gruppo interdisciplinare, tra Australia e Singapore, ha fatto passi avanti verso una soluzione che potrebbe risolvere uno dei principali problemi a livello mondiale, secondo l’ONU. I grandi progressi scientifici spesso nascono da una domanda. Questa volta, un gruppo di esperti provenienti da Australia, Cina, Giappone, Singapore e India si è chiesto: come è possibile che, con 13 milioni di gigalitri d’acqua nell’atmosfera, oltre 2,2 miliardi di persone non abbiano accesso all’acqua potabile? Questo è stato il punto di partenza per il team interdisciplinare. Hanno partecipato il Centre of Excellence for Carbon Science and Innovation, centro specializzato in energie pulite di Sydney; il Team Graphene della New South Wales University di Sydney, guidato dal professore associato Rakesh Joshi; e il team di ricerca del fisico cinese Kostaya Novoselov, vincitore del premio Nobel nel 2010.
L’ossido di grafene, fondamentale per ottenere acqua dall’aria
In questa scoperta, il grafene è la chiave del successo. Da quando è apparso nel 2004, gli scienziati stanno studiando come utilizzarlo in diversi sviluppi tecnologici di ogni tipo, dall’uso nelle batterie alla lotta contro le malattie. Molti lo considerano il materiale del futuro.
Le sue proprietà sono estremamente rivoluzionarie: è resistente come l’acciaio, leggero come una piuma e conduce l’elettricità meglio del rame. Ma per questo studio è stato utilizzato l’ossido di grafene, ovvero con gruppi che contengono ossigeno, sapendo che sarebbe stato utile per l’adsorbimento (la concentrazione di una sostanza disciolta, sia sulla superficie di un solido, sia attorno alle particelle di un colloide) dell’acqua.
Nell’ossido hanno inserito ioni di calcio, un altro elemento con buone proprietà di adsorbimento, e “è successo qualcosa di magico”, spiegano dall’UNSW. La scoperta è che, con questa combinazione, i legami idrogeno tra l’acqua e il calcio sono diventati ancora più forti.
Cosa significa questo? Che l’acqua adsorbita nel nanomateriale è notevolmente maggiore di quella che si può ottenere separatamente dall’ossido di grafene e dal calcio. Come spesso accade in scienza, “il tutto è più della somma delle parti”.
Le simulazioni modellate a livello molecolare sono state realizzate in modo teorico e sperimentale nel supercomputer di Canberra, dipendente dall’Australian National Computer Infrastructure.
Il lavoro computazionale è stato guidato da Amir Karton, dell’Università del New England, che ha spiegato l’importanza della scoperta: “Queste conoscenze aiutano ora a progettare sistemi ancora migliori per la generazione di acqua atmosferica, offrendo una soluzione sostenibile alla crescente sfida della disponibilità di acqua dolce in Australia e nelle regioni con stress idrico in tutto il mondo”.
Ma la scoperta non si è fermata qui. Dopo aver trovato la formula giusta, hanno fatto progressi nella messa a punto del design. Hanno prodotto ossido di grafene con ioni di calcio sotto forma di aerogel, un materiale molto leggero con un’elevata capacità di adsorbimento grazie ai suoi micropori che accelerano il processo.
Un rivoluzionario nanomateriale in aerogel
Il risultato è che il nanomateriale può trattenere più di tre volte il suo peso in acqua e più rapidamente rispetto ad altre tecnologie esistenti per produrre acqua dall’ossigeno. Inoltre, consuma meno elettricità perché richiede solo il riscaldamento del sistema a 50 gradi per ottenere l’acqua.
Per il momento si tratta di una scoperta preliminare che dovrà poi essere ampliata per scalare la tecnologia e sviluppare prototipi di prova.
Sebbene tra il 2015 e il 2022 l’ONU riconosca che la percentuale della popolazione mondiale che ha accesso a un consumo sicuro e sano sia aumentata, secondo le stime entro il 2030 saranno ancora escluse più di 2 miliardi di persone. Tuttavia, il rapporto del 2024 chiarisce anche che ciò avverrà “alla velocità attuale”.
“La nostra tecnologia potrà essere applicata in qualsiasi regione con umidità sufficiente, ma con accesso limitato o disponibilità di acqua potabile”, spiega il dottor Joshi, professore associato dell’UNSW Sydney.
Come sempre accade con i progressi scientifici, il futuro è tutto da scrivere…
