Ricavare acqua dall'aria con l'energia solare / Deriving water from the air with solar energy.
Ricavare acqua dall'aria con l'energia solare /
Deriving water from the air with solar energy.
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Joseph Cotellessa
Un'immagine del dispositivo realizzato nel corso dello studio.
An image of the device realized in the course of the study.
Combinando metalli con molecole organiche è possibile ottenere una struttura in grado di legarsi al vapor d'acqua, che può essere usata per separare il vapore presente nell'aria e ottenere acqua, anche in zone aride. Un prototipo realizzato negli Stati Uniti può ricavare 2,8 litri di acqua in 12 ore.
Immaginiamo un futuro in cui ogni edificio, che si trovi in alta montagna, in un deserto o in una città affollata, abbia un dispositivo che trasforma l'aria in acqua sfruttando l'energia solare.
Fantascienza? Forse no, se trovasse applicazione il risultato descritto su “Science” da una collaborazione tra il Massachusetts Institute of Technology e l'università della California a Berkeley.
Si tratta di un dispositivo realizzato con una particolare struttura detta struttura metallo-organica (metal-organic framework) in grado di separare l'umidità dall'aria anche quando è presente in una percentuale del 20 per cento, un livello tipico delle zone aride.
“È un grande progresso nella lunga ricerca per ricavare acqua dall'aria in condizioni di bassa umidità”, ha spiegato Omar Yaghi, uno dei due autori senior dell'articolo. “Non esiste altro modo per ottenere questo risultato se non usando energia: i deumidificatori per gli ambienti chiusi sono un modo molto costoso per produrre acqua”.
Fantascienza? Forse no, se trovasse applicazione il risultato descritto su “Science” da una collaborazione tra il Massachusetts Institute of Technology e l'università della California a Berkeley.
Si tratta di un dispositivo realizzato con una particolare struttura detta struttura metallo-organica (metal-organic framework) in grado di separare l'umidità dall'aria anche quando è presente in una percentuale del 20 per cento, un livello tipico delle zone aride.
“È un grande progresso nella lunga ricerca per ricavare acqua dall'aria in condizioni di bassa umidità”, ha spiegato Omar Yaghi, uno dei due autori senior dell'articolo. “Non esiste altro modo per ottenere questo risultato se non usando energia: i deumidificatori per gli ambienti chiusi sono un modo molto costoso per produrre acqua”.
Yaghi ha inventato la struttura metallo-organica più di 20 anni fa, combinando metalli come magnesio o alluminio con molecole organiche in modo da creare una struttura rigida e porosa, ideale per stoccare gas e liquidi.
Da allora, in tutto il mondo sono state realizzate 20.000 differenti strutture metallo-organiche. Alcune di esse contengono sostanze chimiche come idrogeno o metano: l'azienda BASF, per esempio, sta testando una delle strutture metallo-organiche di Yaghi in autotreni alimentati a gas, poiché i serbatoi che integrano queste strutture contengono tre volte il metano che può essere pompato in pressione in un serbatoio vuoto.
Nel 2014, Yaghi e il suo gruppo dell'Università
della California a Berkeley hanno sintetizzato una struttura metallo-organica, combinando zirconio metallico e acido adipico, che si lega al vapor d'acqua quando l'aria si diffonde attraverso la struttura. Da qui l'idea di usarlo per un sistema di raccolta dell'acqua.
In condizioni del 20-30 per cento di umidità, il prototipo è riuscito a ricavare 2,8 litri di acqua in 12 ore usando un chilogrammo di struttura metallo-organica. I test hanno dimostrato inoltre che il dispositivo funziona in condizioni di vita reale.
“Un progetto futuristico è avere acqua non portata dall'acquedotto ma prodotta da un dispositivo domestico a energia solare in grado di soddisfare le necessità di casa”, ha spiegato Yaghi. “A mio avviso, ciò sarà possibile grazie a questo nuovo esperimento: io la chiamo acqua personalizzata”.
A schematic of a metal-organic framework (Credit: UC Berkeley, Berkeley Lab)
Il dispositivo, descritto nella rivista Science, utilizza un materiale noto come un materiale strutturale metallorganico (MOF) per estrarre dapprima l'acqua dall'aria. i MOF combinano metalli con molecole organiche per formare strutture porose che sono eccellenti per l'assorbimento di gas e liquidi. Diverse composizioni di MOF possono essere utilizzati per catturare e memorizzare varie sostanze, come l'idrogeno, anidride carbonica o gas naturale.
Utilizzando un MOF derivato da metallo zirconio ed acido adipico, il nuovo dispositivo è in grado di raccogliere vapore acqueo nell'atmosfera. Luce solare riscalda poi MOF e spinge l'acqua verso un condensatore, che è alla stessa temperatura dell'aria esterna. Il vapore si condensa in forma liquida e gocciola in un collettore. Sul tetto di un edificio MIT, un prototipo contenente 1 kg di materiale MOF è stato in grado di raccogliere 2,8 litri di acqua per un periodo di 12 ore, in condizioni di 20-30 per cento di umidità.
“Questo è un importante passo avanti nella sfida di lunga data di raccolta dell'acqua dall'aria a bassa umidità”, ha detto Berkeley chimico Omar Yaghi, uno degli autori la carta senior, che per primo scoprì MOF più di 20 anni fa. “Non c'è altro modo per farlo che in questo momento, se non utilizzando energia supplementare. Il vostro deumidificatore elettrico a casa ‘produce’ acqua molto costosa “.
L'acqua atmosferica è equivalente a circa il 10 per cento di acqua dolce della Terra che esiste nei fiumi e laghi. Il nuovo dispositivo promette un modo economico ed efficiente per fornire l'accesso a questa risorsa, e deve anche lavorare in condizioni aride come il deserto. Mentre la corrente MOF può assorbire circa il 20 per cento del suo peso in acqua, Yaghi ritiene che altri MOFs potrebbero potenzialmente raddoppiare tale capacità al 40 per cento. In combinazione con una migliore tecnologia di raccolta, l'efficienza del dispositivo potrebbe migliorare notevolmente.
“C'è molto potenziale per incrementare la quantità di acqua che viene raccolta”, ha detto Yaghi. “E' solo una questione di ulteriore ingegnerizzazione ora.”
“Per avere acqua corrente per tutto il tempo, si potrebbe progettare un sistema che assorbe l'umidità durante la notte e si evolve durante il giorno. O utilizzare la progettazione del collettore solare per permettere a questo di incrementare la conversione ad un tasso molto più veloce, dove più aria viene spinta in. Abbiamo voluto dimostrare che se sei fuori da qualche parte nel deserto, si potrebbe sopravvivere a causa di questo dispositivo. Una persona ha bisogno di circa una lattina di Coca Cola di acqua al giorno. Questo è qualcosa che si potrebbe raccogliere in meno di un'ora con questo sistema “.
Da allora, in tutto il mondo sono state realizzate 20.000 differenti strutture metallo-organiche. Alcune di esse contengono sostanze chimiche come idrogeno o metano: l'azienda BASF, per esempio, sta testando una delle strutture metallo-organiche di Yaghi in autotreni alimentati a gas, poiché i serbatoi che integrano queste strutture contengono tre volte il metano che può essere pompato in pressione in un serbatoio vuoto.
Nel 2014, Yaghi e il suo gruppo dell'Università
In condizioni del 20-30 per cento di umidità, il prototipo è riuscito a ricavare 2,8 litri di acqua in 12 ore usando un chilogrammo di struttura metallo-organica. I test hanno dimostrato inoltre che il dispositivo funziona in condizioni di vita reale.
“Un progetto futuristico è avere acqua non portata dall'acquedotto ma prodotta da un dispositivo domestico a energia solare in grado di soddisfare le necessità di casa”, ha spiegato Yaghi. “A mio avviso, ciò sarà possibile grazie a questo nuovo esperimento: io la chiamo acqua personalizzata”.
A schematic of a metal-organic framework (Credit: UC Berkeley, Berkeley Lab)
Il dispositivo, descritto nella rivista Science, utilizza un materiale noto come un materiale strutturale metallorganico (MOF) per estrarre dapprima l'acqua dall'aria. i MOF combinano metalli con molecole organiche per formare strutture porose che sono eccellenti per l'assorbimento di gas e liquidi. Diverse composizioni di MOF possono essere utilizzati per catturare e memorizzare varie sostanze, come l'idrogeno, anidride carbonica o gas naturale.
Utilizzando un MOF derivato da metallo zirconio ed acido adipico, il nuovo dispositivo è in grado di raccogliere vapore acqueo nell'atmosfera. Luce solare riscalda poi MOF e spinge l'acqua verso un condensatore, che è alla stessa temperatura dell'aria esterna. Il vapore si condensa in forma liquida e gocciola in un collettore. Sul tetto di un edificio MIT, un prototipo contenente 1 kg di materiale MOF è stato in grado di raccogliere 2,8 litri di acqua per un periodo di 12 ore, in condizioni di 20-30 per cento di umidità.
“Questo è un importante passo avanti nella sfida di lunga data di raccolta dell'acqua dall'aria a bassa umidità”, ha detto Berkeley chimico Omar Yaghi, uno degli autori la carta senior, che per primo scoprì MOF più di 20 anni fa. “Non c'è altro modo per farlo che in questo momento, se non utilizzando energia supplementare. Il vostro deumidificatore elettrico a casa ‘produce’ acqua molto costosa “.
L'acqua atmosferica è equivalente a circa il 10 per cento di acqua dolce della Terra che esiste nei fiumi e laghi. Il nuovo dispositivo promette un modo economico ed efficiente per fornire l'accesso a questa risorsa, e deve anche lavorare in condizioni aride come il deserto. Mentre la corrente MOF può assorbire circa il 20 per cento del suo peso in acqua, Yaghi ritiene che altri MOFs potrebbero potenzialmente raddoppiare tale capacità al 40 per cento. In combinazione con una migliore tecnologia di raccolta, l'efficienza del dispositivo potrebbe migliorare notevolmente.
“C'è molto potenziale per incrementare la quantità di acqua che viene raccolta”, ha detto Yaghi. “E' solo una questione di ulteriore ingegnerizzazione ora.”
“Per avere acqua corrente per tutto il tempo, si potrebbe progettare un sistema che assorbe l'umidità durante la notte e si evolve durante il giorno. O utilizzare la progettazione del collettore solare per permettere a questo di incrementare la conversione ad un tasso molto più veloce, dove più aria viene spinta in. Abbiamo voluto dimostrare che se sei fuori da qualche parte nel deserto, si potrebbe sopravvivere a causa di questo dispositivo. Una persona ha bisogno di circa una lattina di Coca Cola di acqua al giorno. Questo è qualcosa che si potrebbe raccogliere in meno di un'ora con questo sistema “.
ENGLISH
Combining metals with organic molecules it is possible to obtain a structure able to bind to water vapor, which can be used to separate the vapor present in the air and get water, even in arid areas. A prototype developed in the US can get 2.8 liters of water in 12 hours.
Imagine a future in which every building, you are in the mountains, in a desert or in a crowded city, it has a device that turns air into water by using solar energy.
Science fiction? Maybe not, if it did apply the result described in "Science" as a collaboration between the Massachusetts Institute of Technology and the University of California at Berkeley.
It is a device made with a particular structure called metal-organic structure (metal-organic framework) capable of separating moisture from the air even when it is present in a percentage of 20 percent, a typical level of the arid zones.
"It is a great progress in the long quest to extract water from the air in conditions of low humidity," said Omar Yaghi, one of the senior authors of the article. "There is no other way to achieve this except by using energy: dehumidifiers for indoor environments are a very expensive way to produce water."
Yaghi invented the metal-organic structure more than 20 years ago, by combining metals such as magnesium or aluminum with organic molecules in order to create a rigid and porous structure, ideal for storing gases and liquids.
Since then, around the world we were made 20,000 different metal-organic structures. Some of them contain chemicals such as hydrogen or methane: the company BASF, for example, is testing one of the metal-organic structures of Yaghi in gas-powered trucks, since the tanks that integrate these structures contain three times the methane that can be pumped under pressure in a vacuum tank.
In 2014, Yaghi and his group at the University
of California at Berkeley have synthesized a metal-organic structure, by combining zirconium metal and adipic acid, which binds to water vapor when the air is diffused through the structure. Hence the idea of using it for a water collection system.
In conditions of 20-30 percent humidity, the prototype was able to obtain 2.8 liters of water in 12 hours using one kilogram of metal-organic structure. Tests have also shown that the device works in real-life conditions.
"A futuristic design is not having water flow rate from the aqueduct but produced by a solar-powered home device can meet the needs of the house," said Yaghi. "In my opinion, this will be possible thanks to this new experiment: I call personalized water."
The harvester, described in the journal Science, uses a material known as a metal organic framework (MOF) to first extract the water from the air. MOFs combine metals with organic molecules to form porous structures that are excellent for storing gases and liquids. Different compositions of MOFs can be used to capture and store various substances, such as hydrogen, carbon dioxide or natural gas.
Using an MOF derived from zirconium metal and adipic acid, the new device is able to harvest water vapour from the atmosphere. Sunlight then heats the MOF and drives the water towards a condenser, which is at the same temperature as the outside air. The vapour condenses into liquid form and drips into a collector. On the roof of an MIT building, a prototype containing 1kg of the MOF material was able to collect 2.8 litres of water over a 12-hour period, under conditions of 20-30 per cent humidity.
“This is a major breakthrough in the long-standing challenge of harvesting water from the air at low humidity,” said Berkeley chemist Omar Yaghi, one of the paper’s senior authors, who first discovered MOFs more than 20 years ago. “There is no other way to do that right now, except by using extra energy. Your electric dehumidifier at home ‘produces’ very expensive water.”
Atmospheric water is equivalent to about 10 per cent of the Earth’s fresh water that exists in rivers and lakes. The new device promises a cheap and efficient way to provide access to this resource, and should even work in arid conditions such as the desert. While the current MOF can absorb about 20 per cent of its weight in water, Yaghi believes other MOFs could potentially double that capacity to 40 per cent. Combined with better harvesting technology, the device’s efficiency could improve dramatically.
“There is a lot of potential for scaling up the amount of water that is being harvested,” said Yaghi. “It is just a matter of further engineering now.”
“To have water running all the time, you could design a system that absorbs the humidity during the night and evolves it during the day. Or design the solar collector to allow for this at a much faster rate, where more air is pushed in. We wanted to demonstrate that if you are cut off somewhere in the desert, you could survive because of this device. A person needs about a Coke can of water per day. That is something one could collect in less than an hour with this system.”
The harvester, described in the journal Science, uses a material known as a metal organic framework (MOF) to first extract the water from the air. MOFs combine metals with organic molecules to form porous structures that are excellent for storing gases and liquids. Different compositions of MOFs can be used to capture and store various substances, such as hydrogen, carbon dioxide or natural gas.
Using an MOF derived from zirconium metal and adipic acid, the new device is able to harvest water vapour from the atmosphere. Sunlight then heats the MOF and drives the water towards a condenser, which is at the same temperature as the outside air. The vapour condenses into liquid form and drips into a collector. On the roof of an MIT building, a prototype containing 1kg of the MOF material was able to collect 2.8 litres of water over a 12-hour period, under conditions of 20-30 per cent humidity.
“This is a major breakthrough in the long-standing challenge of harvesting water from the air at low humidity,” said Berkeley chemist Omar Yaghi, one of the paper’s senior authors, who first discovered MOFs more than 20 years ago. “There is no other way to do that right now, except by using extra energy. Your electric dehumidifier at home ‘produces’ very expensive water.”
Atmospheric water is equivalent to about 10 per cent of the Earth’s fresh water that exists in rivers and lakes. The new device promises a cheap and efficient way to provide access to this resource, and should even work in arid conditions such as the desert. While the current MOF can absorb about 20 per cent of its weight in water, Yaghi believes other MOFs could potentially double that capacity to 40 per cent. Combined with better harvesting technology, the device’s efficiency could improve dramatically.
“There is a lot of potential for scaling up the amount of water that is being harvested,” said Yaghi. “It is just a matter of further engineering now.”
“To have water running all the time, you could design a system that absorbs the humidity during the night and evolves it during the day. Or design the solar collector to allow for this at a much faster rate, where more air is pushed in. We wanted to demonstrate that if you are cut off somewhere in the desert, you could survive because of this device. A person needs about a Coke can of water per day. That is something one could collect in less than an hour with this system.”
Da:
http://www.lescienze.it/news/2017/04/14/news/ricavare_acqua_aria_energia_solare-3493691/
https://www.theengineer.co.uk/solar-powered-device-harvests-water-from-air/?cmpid=tenews_3316024
https://www.theengineer.co.uk/solar-powered-device-harvests-water-from-air/?cmpid=tenews_3316024
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