Pannelli fotovoltaici per la dissalazione

Si fa presto a capire quanto ci siano diventati indispensabili acqua corrente ed elettricità: basta non usufruirne nelle nostre case per qualche ora, o magari qualche giorno, per apprezzare quanto ci abbiano reso la vita più comoda, sana, produttiva.

Improvvisamente per dissetarsi in sicurezza, ma anche per la pulizia personale, lavare il cibo, la casa e i nostri vestiti, riducendo così il rischio di infezioni, bisogna andarci a prendere il prezioso, e pesante, liquido altrove, perdendo tempo e avendone sempre una quantità limitata.

Restando senza elettricità la prima cosa che oggi notiamo è che ci si ritrova improvvisamente esclusi da internet, isolati dal mondo, ma ben presto scopriamo che la sua mancanza colpisce bisogni ben più basilari: il cibo va a male, la climatizzazione smette di funzionare, non si lavora o studia più quando il sole tramonta. E tutti gli elettrodomestici smettono di darci una mano: dobbiamo tornare, per esempio, a lavare i panni a mano, ammesso si sia andati a prendere l’acqua alla fonte.

Una situazione del tutto insopportabile, per noi ormai abitanti viziati della parte ricca del pianeta.

Ma così vivono, tutti i giorni, centinaia di milioni di esseri umani, circa 780 milioni non hanno un agevole accesso all’acqua potabile, e quasi un miliardo sono privi di elettricità: una condizione dovuta a isolamento e povertà, che però perpetua questa condizione, visto che senza acqua ed elettricità diventa difficile istruirsi, lavorare, restare in salute ed essere abbastanza produttivi da migliorare questa situazione. Tanto per fare un esempio, senza acqua dolce in quantità, non si riesce neanche a fare un orto o allevare delle galline.

L’ideale sarebbe trovare una soluzione che risolva contemporaneamente i due problemi, in un modo semplice ed economico, così che sia accessibile a popolazioni molto povere e particolarmente isolate.

La prima soluzione che viene in mente è ovviamente ricorrere al solare, e in effetti non mancano le proposte per usare quell’energia per ricavare acqua dolce.

Per esempio Zero Mass Water ha realizzato pannelli solari che la usano per estrarre e far condensare il vapore acqueo contenuto in aria: peccato costino 2.000 dollari l’uno e quindi siano fuori portata di quasi tutti quelli a cui oggi mancano acqua ed elettricità.

Molto più economico il dispositivo realizzato dal professore del Politecnico di Torino, Eliodoro Chiavazzo, che con i suoi studenti ha costruito un prototipo di dissalatore solare estremamente semplice.

Usando solo l’energia termica del sole e una serie di membrane idrofobiche e idrofile, riesce trasformare acqua salata in vapore, e poi a far condensare quest’ultimo in acqua depurata al ritmo di 20 litri al giorno per metro quadrato di collettore solare, senza usare pompe o componenti in movimento.

Questo metodo sfrutta il calore solare, ma si potrebbe usare il sole anche per produrre elettricità, oltre all’acqua dolce, visto che i moduli fotovoltaici si scaldano tantissimo, e che questo calore disturba anche la loro efficienza?

L’idea di produrre insieme calore ed elettricità solare circola da molti anni, ma non è una cosa semplice da attuare quanto sembra, perché è difficile trovare un compromesso fra le due cose, essendo interesse per la produzione elettrica quello di tenere la temperatura del pannello il più bassa possibile, mentre il calore in genere diventa utile solo dai 50 °C in su.

Per questo finora i pannelli solari “elettrotermici” o fototermici (PVT) finora non hanno sfondato sul mercato, anche se ci sono segnali di crescita.

Adesso, però, l’ingegnere Peng Wang, della King Abdullah University of Science and Technology, in Arabia Saudita, pare essere riuscito a mettere insieme capra e cavoli, producendo al tempo stesso elettricità da un pannello solare FV e, contemporaneamente, usare il calore che questo raccoglie, per dissalare dell’acqua.

L’idea, spiegata su Nature, è simile a quella avuta dai ricercatori del Politecnico di Torino: sotto al pannello fotovoltaico, i ricercatori hanno sistemato tre strati con differente composizione entro cui circola acqua salata, vapore e, infine, acqua dissalata.

Il primo strato, posto sotto al pannello fotovoltaico, è realizzato con un materiale idrofilo che assorbe l’acqua salata per capillarità (così da “succhiarla” senza bisogno di pompe) da un contenitore.

Il secondo strato è costituito da una membrana idrorepellente, che respinge l’acqua liquida, mentre il terzo è progettato per far condensare il vapore.

Il calore proveniente dall’alto scalda fino a circa 60 °C l’acqua salata contenuta nello strato superiore, trasformandola in parte in vapore.

Il vapore, a differenza dell’acqua liquida, riesce ad attraversare il sottostante strato di materiale idrorepellente, e finisce così nel terzo strato, composto di un materiale spugnoso in grado anche di dissipare rapidamente il calore. Qui, per la temperatura più bassa rispetto al primo strato, si ha la condensazione del vapore in acqua.

Il liquido ottenuto, composto ora di acqua dolce, purificata dall’evaporazione, prosegue verso il basso per gravità fino a entrare in un contenitore di raccolta.

Ma non è finita: il calore continua ad essere sfruttato a cascata. Sotto allo strato di condensazione, c’è infatti un’altra terna di strati uguali a quelli superiori, che sfruttano il calore rilasciato dal vapore quando si trasforma in liquido, e sotto a quella c’è una terza terna di strati, così che il calore solare venga sfruttato fino “all’ultima goccia”, moltiplicando la produzione di acqua dolce.

Qui uno schema del pannello e del suo funzionamento.

«Il nostro sistema si è dimostrato in grado di produrre in media 1,6 litri di acqua ogni ora per metro quadro di collettore solare. E, al tempo stesso, il pannello fotovoltaico superiore, con potenza anche di circa 100 watt per metro quadro in condizioni medie di irraggiamento», spiega Peng.

Cento watt di potenza elettrica solare per mq sembrano pochi, considerato che gli attuali moduli FV, sempre in riferimento ad un mq, hanno il doppio quella potenza.

«Il pannello è però progettato per lasciar passare abbastanza luce solare da far evaporare bene i litri di acqua che circolano sotto di esso; quindi abbiamo dovuto raggiungere un compromesso con la sua capacità di convertire l’energia solare in elettricità: la sua efficienza si aggira intorno all’11%, che è bassa se producesse solo energia elettrica, ma abbastanza alta, visto che produce anche tanta, preziosa acqua potabile», spiega l’ingegnere.

Resta però un dubbio: se negli strati del pannello viene fatta continuamente evaporare acqua salata, alla fine si incrosterà tutto di sale e addio circolazione.

«Ovviamente abbiamo considerato anche questo problema: durante la notte alcuni litri di acqua dolce, una frazione del totale prodotto durante il giorno, vengono fatti scorrere al contrario nei vari strati, dissolvendo i sali e scaricandoli a terra, così che il giorno dopo possa ricominciare la produzione di acqua dolce ed elettricità», conclude Peng.

Dispositivi come questi, secondo i ricercatori dell’università araba, una volta prodotti su grande scala, diventeranno competitivi con i sistemi separati per produrre elettricità solare e acqua dolce.

E quando questo avverrà, il “fotovoltaico-dissalante” potrà essere installato su grandi superfici, per produrre acqua ed elettricità per interi villaggi o città, oppure essere disponibile in piccola scala per servire utenti isolati, oggi sprovvisti di entrambi questi due elementi fondamentali per il progresso economico, sociale e dello stesso benessere esistenziale.

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