La scarsità d’acqua è un problema crescente in tutto il mondo. La desalinizzazione dell’acqua di mare è un metodo consolidato per produrre acqua potabile, ma comporta enormi costi energetici. I ricercatori per la prima volta, hanno utilizzato nanostrutture a base di fluoro per filtrare con successo il sale dall’acqua. Rispetto agli attuali metodi di desalinizzazione, questi nanocanali fluorati funzionano più velocemente, richiedono meno pressione e meno energia e sono un filtro più efficace.
Perché proprio il fluoro? Se hai mai cucinato con una padella antiaderente rivestita di teflon, probabilmente hai visto il modo in cui gli ingredienti bagnati scivolano facilmente intorno ad essa. Ciò accade perché il componente chiave del teflon è il fluoro, un elemento leggero che è naturalmente idrorepellente o idrofobo. Il teflon può essere utilizzato anche per rivestire tubi per migliorare il flusso dell’acqua. Tale comportamento ha attirato l’attenzione del team guidato da Yoshimitsu Itoh, Professore Associato del Dipartimento di Chimica e Biotecnologie dell’Università di Tokyo, sono stati ispirati a esplorare come i tubi o i canali realizzati con il fluoro potrebbero funzionare su una scala molto diversa, la nanoscala.
Yoshimitsu Itoh nello studio pubblicato nella rivista Science ha affermato:
«Eravamo curiosi di vedere quanto potesse essere efficace un nanocanale fluorato nel filtrare selettivamente diversi composti, in particolare acqua e sale. E, dopo aver eseguito alcune complesse simulazioni al computer, abbiamo deciso che valeva la pena di dedicare tempo e sforzi per creare un campione funzionante. Attualmente ci sono due metodi principali per dissalare l’acqua: termicamente, usando il calore per far evaporare l’acqua di mare in modo che si condensi come acqua pura, o per osmosi inversa, che usa la pressione per forzare l’acqua attraverso una membrana che blocca il sale. Entrambi i metodi richiedono molta energia, ma i nostri test suggeriscono che i nanocanali fluorosi richiedono poca energia e hanno anche altri vantaggi».
Il team di ricercatori ha creato membrane di filtrazione di prova sintetizzando chimicamente anelli di fluoro nanoscopici, che sono stati impilati e incorporati in uno strato lipidico altrimenti impermeabile, simile alle molecole organiche che compongono le pareti cellulari. Hanno creato diversi campioni di prova con nanoanelli compresi tra circa 1 e 2 nanometri (in riferimento un capello umano è largo quasi 100.000 nanometri).
Yoshimitsu Itoh e il suo team per testare l’efficacia delle loro membrane, su entrambi i lati della membrana di prova hanno misurato la presenza di ioni cloro, uno dei componenti principali del sale, l’altro è il sodio.
Yoshimitsu Itoh ha detto:
«È stato emozionante vedere i risultati in prima persona. Il più piccolo dei nostri canali di prova respingeva perfettamente le molecole di sale in entrata e anche i canali più grandi rappresentavano ancora un miglioramento rispetto ad altre tecniche di desalinizzazione e persino ai filtri all’avanguardia a nanotubi di carbonio. La vera sorpresa per me è stata la velocità con cui si è verificato il processo. Il nostro campione ha funzionato diverse migliaia di volte più velocemente dei tipici dispositivi industriali e circa 2.400 volte più velocemente dei dispositivi sperimentali di desalinizzazione basati su nanotubi di carbonio».
Il fluoro poiché è elettricamente negativo, respinge gli ioni negativi come il cloro che si trova nel sale, ma un ulteriore vantaggio di questa negatività è che scompone anche quelli che sono noti come ammassi d’acqua, essenzialmente gruppi di molecole d’acqua legati in modo allentato, affinché passino più velocemente attraverso i canali. Le membrane di desalinizzazione dell’acqua a base di fluoro realizzate dal team di ricercatori sono più efficaci, più veloci, richiedono meno energia per funzionare e sono fatte per essere anche molto semplici da usare, quindi qual è il problema?
Yoshimitsu Itoh ha detto:
«Attualmente dal punto di vista energetico, il modo in cui sintetizziamo i nostri materiali è di per sé relativamente dispendioso; tuttavia, è questo un aspetto che speriamo di migliorare nelle prossime ricerche. Inoltre, data la longevità delle membrane e i loro bassi costi operativi, i prezzi energetici complessivi saranno molto più bassi rispetto ai metodi attuali. Altri passi che desideriamo compiere sono ovviamente la scalabilità. I nostri campioni di prova erano singoli nanocanali, ma con l’aiuto di altri specialisti, in diversi anni speriamo di creare una membrana di circa 1 metro di diametro. Parallelamente a questi problemi di produzione, stiamo anche valutando se membrane simili possano essere utilizzate per ridurre l’anidride carbonica o altri prodotti di scarto indesiderati rilasciati dall’industria».