Una tecnologia sorprendente potrebbe contribuire a fornire l'accesso all'acqua potabile e a risolvere la crisi idrica mondiale.
Secondo le Nazioni Unite, più di 2 miliardi di persone nel mondo non hanno accesso all'acqua potabile. A fronte della naturale scarsità d'acqua e delle siccità amplificate dai cambiamenti climatici, molte persone hanno un accesso limitato all'acqua, mentre altre soffrono di forniture d'acqua contaminate. Molti devono affrontare entrambi i problemi.
Stanno emergendo strumenti e tecniche fantasiose per generare acqua e pulirla. Gli scienziati hanno creato computer a microcervello per rilevare la tossicità, hanno eliminato il piombo dall'H2O con l'elettricità e hanno costruito un dispositivo di purificazione senza energia che resiste all'errore umano.
Queste tecnologie potrebbero proteggere la salute delle persone in tutto il mondo, sia nelle città con tubature contaminate dal piombo sia nelle zone rurali dove i pozzi comuni possono prosciugarsi.
Raccoglitore del deserto
Una delle fonti d'acqua più ricche della Terra si nasconde in bella vista: l'aria.
Meno dello 0,001% dell'umidità presente nell'atmosfera potrebbe fornire 50 litri d'acqua a ogni persona sulla terra, secondo Omar M. Yaghi, PhD, James and Neeltje Tretter Chair Professor of Chemistry presso l'Università della California a Berkeley.
Il laboratorio di Yaghi ha sviluppato un nuovo modo per sfruttare questa immensa risorsa invisibile.
Hanno cucito insieme le molecole in strutture che assomigliano a impalcature, con le molecole organiche che fungono da puntelli e gli atomi di metallo da giunti. Queste strutture metallo-organiche, o MOF, hanno vaste aree di superficie: due campi da calcio ripiegati in un pizzico di dimensione di un pisello.
Il raccoglitore d'acqua in plexiglass di Yaghis è pieno di MOF, che possono estrarre l'acqua anche dall'aria più secca del deserto. La scatola si riscalda quando viene esposta alla luce del sole, facendo sì che i MOF strappino l'umidità dall'aria, che viene poi rilasciata come acqua pronta da bere.
Non esiste al mondo un materiale che assorba l'acqua e la rilasci in questo modo, a un'umidità molto bassa, tranne i MOF, dice Yaghi.
Con soli 200 grammi di MOF, la scatola a energia solare può raccogliere più di un gallone di acqua al giorno.
La versione elettrica può ripetere il ciclo di raccolta e rilascio per tutto il giorno.
Rivelatore di tossine bio-cervello
Microscopici organismi unicellulari potrebbero contenere la chiave di un altro problema: un facile test per la sicurezza dell'acqua.
I microbi si sono evoluti per riconoscere e proteggersi dalle tossine presenti nell'acqua che gli esseri umani non possono assaggiare o vedere, tra cui arsenico, E. coli e piombo.
"Hanno qualcosa come un cervello genetico molecolare che li aiuta a farlo", spiega Julius B. Lucks, PhD, professore e presidente associato di ingegneria chimica e biologica alla Northwestern University.
I microbi hanno proteine biosensoriali, chiamate anche biosensori, che si attaccano alle tossine, un processo che attiva un determinato gene, come quello che pompa il piombo lontano dall'organismo.
I ricercatori hanno scoperto che potevano estrarre alcuni biosensori e ricablare il DNA per produrre un gene diverso: uno che si illumina in presenza del contaminante.
Poi hanno modificato altre proteine biosensoriali, riprogettandole per reagire a livelli specifici di contaminazione.
Il prodotto finale è un computer portatile a DNA: una fila di provette contenenti proteine liofilizzate. Più alto è il livello di contaminazione di un campione d'acqua, maggiore è il numero di provette che si illuminano.
Solo se si verificano determinate condizioni, le molecole di DNA finali si assemblano e producono un colore fluorescente, dice Lucks. È una specie di magia.
Dosatore di cloro a prova di errore
Il cloro è uno strumento potente per eliminare gli agenti patogeni dell'acqua che causano malattie, ma può essere difficile da usare in modo efficace. I metodi comuni, come le pastiglie di cloro e i dispositivi di erogazione a manopola, lasciano un ampio margine di errore umano.
I ricercatori del Tufts Institute of the Environment volevano rendere il cloro facile da usare nelle fonti d'acqua comunitarie condivise in luoghi dove manca l'elettricità.
La loro elegante soluzione ha solo due componenti: una piccola scatola che viene attaccata all'estremità di un tubo dell'acqua e un serbatoio pieno di cloro liquido.
Molti dei benefici per la salute che abbiamo riscontrato nell'avere acqua trattata richiedono che l'acqua venga trattata in continuazione", spiega Julie E. Powers, ricercatrice principale del dispositivo mentre era alla Tufts e ora dottoranda in ingegneria ambientale alla UC Berkeley.
Poiché la scatola ha un diametro più stretto rispetto al tubo, provoca una variazione di pressione quando l'acqua vi scorre attraverso. Questo spostamento di pressione, noto come effetto Venturi, trascina il cloro dal serbatoio al flusso d'acqua, che viene così trattata automaticamente senza elettricità".
I ricercatori hanno installato il dispositivo Venturi nei chioschi dell'acqua di sette comunità in Bangladesh e Kenya, dove l'accesso all'acqua potabile è spesso limitato. Dopo una prova di sei mesi, cinque comunità hanno deciso di acquistarlo.
Terapia d'urto per l'acqua
Stupiti dalla crisi dell'acqua al piombo a Flint, nel Michigan, gli scienziati e gli studenti del Massachusetts Institute of Technology hanno riutilizzato la loro tecnologia di desalinizzazione per rimuovere i metalli pesanti.
Avevano già scoperto come utilizzare l'elettricità per separare le impurità dell'acqua. Questo metodo, noto come elettrodialisi d'urto, può rimuovere grandi quantità di sodio dall'acqua di mare. Ma il sodio è un ingrediente essenziale dell'acqua potabile, dove si trova in concentrazioni molto più ridotte, e il piombo può essere difficile da rimuovere senza eliminare tutto il resto.
Il piombo è molto complicato. Se si cerca di filtrarlo con l'elettricità, potrebbe giocare d'azzardo e attaccarsi alle pareti o alle superfici del sistema che si sta utilizzando, spiega Mohammad A. Alkhadra, dottorando presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica del Massachusetts Institute of Technology.
La loro tecnologia si basa su materiali porosi caricati elettricamente, come microscopici pezzi di vetro, che rimangono intrappolati in un involucro filtrante come il carbone attivo di un filtro Brita, e rimuove il 95% del piombo.
Questi materiali aumentano la conducibilità elettrica dell'acqua, mettendo in moto gli ioni di sodio e di metallo e lasciando una zona purificata nella loro scia. Solo l'acqua pura di questa zona viene immessa in un serbatoio di acqua potabile.
L'acqua è stata qualcosa che ho imparato ad apprezzare e a riconoscere il suo valore", dice Alkhadra, cresciuto in Arabia Saudita, un Paese afflitto dalla scarsità d'acqua.
Poiché un numero crescente di persone si trova ad affrontare la diminuzione e la contaminazione delle riserve d'acqua, è una mentalità che molti potrebbero dover abbracciare.
