Filtrare l’acqua salata con i nanotubi

Ricercatori del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti d'America hanno sviluppato strutture dotate di nanotubi al carbonio in grado di filtrare l'acqua marina. Questi dispositivi potrebbero essere utilizzati anche per assorbire gas inquinanti o per filtrare sostanze tossiche negli scarichi industriali.

Un sistema di filtraggio dotato di nanotubi di carbonio sembra essere in grado di eliminare gli ioni di sale dall’acqua del mare. Crediti immagine: Ryan Chen/LLNL

AMBIENTE – L’acqua: una risorsa preziosa, indispensabile per la vita sulla Terra. E distribuita in modo non equo, almeno secondo quanto emerge dal rapporto per il 2017 di World Health Organization e UNESCO, in base al quale nel mondo per almeno 3 persone su 10 (per un totale stimato in più di due miliardi di individui) non esiste un accesso agevole e sicuro all’acqua potabile nelle loro abitazioni. L’acqua potabile e disponibile per utilizzi igienici scarseggia per circa quattro miliardi di persone: insomma, una vera e propria emergenza globale.

In questo preoccupante scenario la ricerca sui materiali innovativi può giocare un ruolo davvero importante, come testimoniato dalle recenti scoperte di un gruppo di ricerca del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti d’America. I ricercatori hanno sviluppato pori artificiali basati su nanotubi di carbonio in grado di filtrare in modo efficiente gli ioni di sale dall’acqua del mare. La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Science.

Un nanotubo è una struttura a forma di tubo, costituito da carbonio, con un diametro dell’ordine di grandezza dei nanometri (un miliardesimo di metro, o un milionesimo di millimetro, per rendere l’idea). Una lunghezza di un decimillesimo dello spessore di un capello. Queste nanostrutture hanno caratteristiche uniche perchè i legami tra gli atomi che le costituiscono sono molto forti, nonostante le dimensioni irrisorie: questo rende possibile il loro utilizzo in applicazioni tecniche, come, appunto, il filtraggio dell’acqua marina realizzato dai ricercatori LLNL, che hanno anche scoperto che, realizzando nanotubi di dimensioni sub-nanometriche (circa 0,8 nanometri di diametro) si ottiene una permeabilità della struttura rispetto all’acqua di un ordine di grandezza superiore a quella ottenibile con diametri dell’ordine del nanometro. In altri termini, il vantaggio in termini di capacità di filtraggio è più che proporzionale alla riduzione delle dimensioni della struttura utilizzata.

Per ottenere questo risultato, i ricercatori hanno condotto simulazioni e studi sperimentali utilizzando come riferimento il comportamento di alcune proteine biologiche, capaci di separare in modo molto efficiente l’acqua dagli ioni salini.

Non si tratta, naturalmente, dell’unica applicazione dei nanotubi: come ulteriore esempio, in questo articolo viene illustrato come un gruppo di ricerca congiunto MIT-Stanford University abbia sviluppato un nuovo chip tridimensionale, che dovrebbe permettere di superare alcuni limiti dei componenti tradizionali basati sul silicio.

Attualmente nell’architettura di un calcolatore sono presenti chip dedicati al calcolo e altri utilizzati per memorizzare i dati. Al crescere della mole di informazione da trasferire, il tasso limitato al quale i dati possono essere spostati rappresenta un limite, e non è possibile per varie ragioni tecniche posizionare i chip stessi a distanze troppo ravvicinate.

Il nuovo propotipo realizzato utilizza, invece di dispositivi di silicio, proprio i nanotubi di carbonio. Questi dispositivi sembrano permettere non solo di integrare i chip di calcolo con quelli di memoria, ma anche di ottenere un trasporto di informazioni assai più efficiente dal punto di vista della dissipazione termica e del consumo energetico.

Tornando all’applicazione del filtraggio dell’acqua marina, sempre l’UNESCO ha pubblicato nel 2017 un altro rapporto relativo agli scarichi prodotti dalle attività umane, sia domestiche sia industriali: il dato davvero sconcertante che emerge è che circa l’80% di questi scarichi viene rilasciato nell’ambiente (per esempio negli oceani) senza alcun trattamento.

Anche in questo ambito potrebbero esserci sviluppi futuri dell’utilizzo dei nanotubi, per il filtraggio di varie sostanze tossiche o inquinanti presenti negli scarichi e per la depurazione delle acque degli oceani contaminate dagli scarichi stessi. I nanotubi si sono già dimostrati efficienti in applicazioni di assorbimento dei gas di scarto nelle produzioni industriali, come la diossina, composto altamente inquinante e presente in quantità massicce nei siti di produzione di acciaio o altri metalli.

Al punto da essere buoni candidati, anche per la NASA, per essere utilizzati nei sistemi di depurazione dai gas tossici e garantire il supporto vitale nelle esplorazioni spaziali.

Leggi anche: Oceani e acquacoltura possono salvare la pesca

Pubblicato con licenza Creative Commons Attribuzione-Non opere derivate 2.5 Italia.   

Informazioni su Gianpiero Negri ()
Appassionato di scienza, tecnologia, in particolare meccatronica, robotica, intelligenza artificiale e matematica applicata, letteratura, cinema e divulgazione scientifica.

4 Commenti su Filtrare l’acqua salata con i nanotubi

  1. mauro marchionni // 4 settembre 2017 alle 11:54 // Rispondi

    caro Giampiero
    la notizia sembra enormemente interessante ma mancano alcuni dati:
    -il filtraggio di acqua di mare porta alla fine ad acqua potabile o no?
    – il filtraggio delle acque reflue che tipo di acqua produce?
    -quale è la energia specifica (KWh/l – per esempio) necessaria per il filtraggio?
    – quale è il costo presunto al kg dell’acqua così trattata?
    grazie

    • Buongiorno Mauro,
      grazie anzitutto per il suo commento.
      La notizia, per sua natura, non ha il taglio della pubblicazione tecnica o scientifica, per cui non contiene alcuni (importanti) dati come quelli a cui lei fa giustamente riferimento.
      Trattandosi inoltre di una ricerca recente, credo che alcuni parametri, relativi ad esempio al costo finale (che possono essere definiti con precisione solo a seguito di una eventuale successiva messa in produzione ed industrializzazione di un prodotto della ricerca), siano al momento non semplicissimi da stimare. Credo che il modo migliore per approfondire sia riferirsi al paper pubblicato su Science Journals, di cui riporto il link:

      http://www.northeastern.edu/wanunu/Publications/2017/6BobbyScience/paper.pdf

      In futuro potrebbe esserci spazio su anche su Oggiscienza per trattare il tema della applicazione tecnica, con eventuali problematiche annesse, che sono rilevanti (concordo con lei) almeno quanto il valore scientifico della scoperta.

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