Yi Cui professore di scienze dei materiali e ingegneria presso la Stanford University, direttore del Precourt Institute for Energy, un centro di ricerca interdisciplinare che si occupa di tecnologie energetiche sostenibili, è noto per i suoi studi sui nanomateriali e le loro applicazioni in batterie, elettrocatalisi, dispositivi indossabili, materiali bidimensionali e tecnologie ambientali.
Yi Cui è autore principale dello studio pubblicato nella rivista Nature Water, insieme al team di ricercatori della Stanford University e dello SLAC National Accelerator Laboratory, ha inventato una soluzione in polvere riciclabile e a basso costo che con la semplice esposizione al sole, in pochi secondi può uccidere migliaia di batteri presenti nell’acqua.
Il team di ricercatori ha detto che la scoperta di questo disinfettante ultraveloce potrebbe rappresentare un progresso significativo per circa il 30% della popolazione mondiale che non ha accesso all’acqua potabile.
Tong Wu, ex borsista post-dottorato in scienza e ingegneria dei materiali (MSE) presso la Stanford School of Engineering, coautore dello studio, ha affermato:
«Le malattie trasmesse dall’acqua sono responsabili di 2 milioni di decessi all’anno, la maggior parte riguarda bambini di età inferiore ai 5 anni. Crediamo che la nostra nuova tecnologia faciliterà cambiamenti rivoluzionari nella disinfezione dell’acqua e ispirerà ulteriori innovazioni in questo entusiasmante campo interdisciplinare».
Le tecnologie convenzionali per il trattamento dell’acqua includono prodotti chimici (possono produrre sottoprodotti tossici); la luce ultravioletta (richiede un tempo relativamente lungo per la disinfezione); una fonte di elettricità.
Il team di ricercatori ha detto che il nuovo disinfettante è una polvere metallica innocua, funziona assorbendo sia i raggi UV sia la luce visibile ad alta energia proveniente dal sole. La polvere è costituita da scaglie di dimensioni nanometriche di ossido di alluminio, solfuro di molibdeno, rame e ossido di ferro.
Yi Cui ha affermato:
«Abbiamo utilizzato solo una piccola quantità di questi materiali, sono a basso costo e reperibili in abbondanza. L’innovazione chiave è che, tutti insieme, immersi nell’acqua, funzionano».
Veloce, non tossico e riciclabile
Il catalizzatore di solfuro di molibdeno/rame dopo aver assorbito i fotoni dal sole, si comporta come una giunzione metallo-semiconduttore, consentendo ai fotoni di spostare gli elettroni. Gli elettroni liberati reagiscono quindi con l’acqua circostante, generando perossido di idrogeno e radicali idrossilici, una delle forme biologicamente più distruttive dell’ossigeno. Le sostanze chimiche appena formate uccidono rapidamente i batteri danneggiando gravemente le loro membrane cellulari.
Il team di ricercatori dell’Università di Stanford e dello SLAC National Accelerator Laboratory per lo studio ha utilizzato un becker da 200 millilitri di acqua a temperatura ambiente contaminata con circa 1 milione di batteri Escherichia coli per mL.
Bofei Liu, Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali, coautore dello studio, ha affermato:
«Nel Campus dell’Università di Stanford abbiamo mescolato la soluzione in polvere nell’acqua contaminata, poi abbiamo effettuato il test di disinfezione alla luce del sole e in 60 secondi non è stato rilevato alcun batterio vivo.
I nanofiocchi in polvere possono muoversi rapidamente, entrare in contatto fisico con molti batteri e ucciderli velocemente».
Lo studio ha evidenziato che anche i sottoprodotti chimici generati dalla luce solare si dissipano rapidamente.
Yi Cui ha detto:
«La durata di vita del perossido di idrogeno e dei radicali idrossilici è molto breve, se non trovano immediatamente dei batteri da ossidare, le sostanze chimiche si scompongono in acqua e ossigeno e vengono eliminate in pochi secondi, quindi l’acqua può essere immediatamente bevuta».
La soluzione in polvere non tossica è anche riciclabile. L’ossido di ferro permette di rimuovere i nanofiocchi dall’acqua con un normale magnete. Il team di ricercatori nello studio, hanno usato il magnetismo per raccogliere per 30 volte la stessa soluzione in polvere per trattare 30 diversi campioni di acqua contaminata.
Yi Cui ha affermato:
«Per gli escursionisti e i viaggiatori con lo zaino in spalla, potrei immaginare di portare con me una piccola quantità di soluzione in polvere e un piccolo magnete. Durante il giorno si mette la soluzione in polvere nell’acqua, la si agita un po’ sotto la luce del sole e in un minuto si ottiene acqua potabile, con il magnete si estraggono le particelle per un successivo utilizzo».
La soluzione in polvere potrebbe essere utile anche negli impianti di trattamento delle acque reflue che attualmente utilizzano lampade UV per disinfettare l’acqua trattata.
Yi Cui ha aggiunto:
«L’impianto durante il giorno può utilizzare la luce solare visibile, funzionerebbe più velocemente degli UV, probabilmente farebbe risparmiare energia. I nanofiocchi sono abbastanza facili da produrre, possono essere rapidamente incrementati di una tonnellata».
Lo studio si è concentrato sul batterio E. coli, può causare gravi malattie gastrointestinali e può essere addirittura letale. L’Agenzia statunitense per la protezione dell’ambiente ha fissato a zero l’obiettivo del livello massimo di contaminazione per l’E. coli nell’acqua potabile. Il team dell’Università di Stanford e dello SLAC National Accelerator Laboratory intende testare la nuova soluzione in polvere su altri agenti patogeni presenti nell’acqua, tra cui virus, protozoi e parassiti, anch’essi causa di gravi malattie e morte.
