Le regole sono fatte per essere infrante, si suole dire. E questo, nel campo scientifico, implica proporre soluzioni insolite a situazioni tanto complesse come il cambiamento climatico, il costo dell’energia o la scarsità d’acqua. Sono tre problemi indipendenti, ma sono intimamente correlati.
Si possono cercare soluzioni individuali come un sistema che raffredda gli edifici senza usare l’aria condizionata, migliorando le prestazioni dei pannelli solari o con un’invenzione per ottenere acqua potabile economica. Ma si possono anche sviluppare sistemi integrati che affrontino tutti contemporaneamente.
È quello che propone un team di ricercatori dell’Istituto Nazionale di Tecnologia B R Ambedkar di Jalandhar (India), che ha ideato un sistema per la produzione di acqua dolce desalinizzata, oltre a fornire aria condizionata e acqua calda sanitaria negli edifici residenziali.
La loro scoperta, dettagliata in un articolo pubblicato sulla rivista Energy Nexus, si basa su un ciclo di umidificazione-deumidificazione e refrigerazione per compressione del vapore. E tutto è centralizzato attraverso una pompa di calore alimentata esclusivamente da energia fotovoltaica proveniente da pannelli solari.
Il sistema sembra complesso, dati i molti elementi che lo compongono, ma i calcoli sono chiari e i test empirici che hanno condotto confermano i risultati ottenuti attraverso le simulazioni al computer.
“La pianta ha anche la capacità di generare aria fredda o calda a seconda della stagione. Il raffreddamento dell’evaporatore della pompa di calore viene utilizzato per la deumidificazione finale dell’aria”, indicano nel rapporto.
I numeri sono eloquenti: la loro soluzione potrebbe ottenere fino a 5,5 litri di acqua dolce all’ora e un massimo di 6,8 kW di potenza di raffreddamento.
Come funziona
Per avviare il loro sistema, i ricercatori indiani hanno sviluppato un circuito in cui hanno collegato:
- un impianto fotovoltaico,
- una pompa di calore,
- ventilatori,
- pre-riscaldatori d’aria,
- umidificatori,
- deumidificatori,
- ricircolatori d’aria,
- riscaldatori solari d’acqua (SWH)
- e pompe di circolazione dell’acqua.
L’obiettivo? Sfruttare l’irraggiamento solare e le energie di raffreddamento e riscaldamento per climatizzare uno spazio interno e desalinizzare contemporaneamente l’acqua proveniente dal mare.
“La centrale solare fotovoltaica fornisce energia ai ventilatori, al compressore a vapore e alle pompe. I condensatori di raffreddamento dell’acqua (pompe di calore) e gli SWH forniscono acqua calda agli umidificatori, ai pre-riscaldatori e ai sistemi di pre-riscaldamento dell’aria”, spiegano i ricercatori.
L’unico elemento che stona nell’insieme, per il suo effetto nocivo sull’ambiente, è il fluido R410A che circola nel sistema, il cui sottoprodotto è un potente gas serra.
In ogni caso, queste emissioni sono compensate dall’efficienza dell’invenzione nel suo complesso, che consente la produzione di aria fredda e calda, oltre a acqua potabile. A tal fine, viene utilizzato il cosiddetto ciclo HDH-VCR. L’HDH viene utilizzato abitualmente per controllare i livelli di umidità nel flusso d’aria: prima lo umidifica e poi rimuove l’umidità in eccesso. Il VCR è il processo attraverso il quale un refrigerante (in questo caso il R410A) cambia stato tra liquido e vapore, con conseguente assorbimento del calore e raffreddamento dell’aria.
Per comprendere meglio il potenziale della soluzione e studiarne la fattibilità, gli scienziati hanno prima condotto tutti i tipi di simulazioni teoriche. Dimostrata l’efficacia sulla carta, hanno proceduto all’esperimento in condizioni reali. Così, hanno potuto verificare che il sistema fosse in grado di generare tra i 3,5 e i 5,5 litri di acqua dolce ogni ora (tra 84 e 132 litri al giorno, se in funzionamento continuo). Offriva anche tra i 6 e i 6,8 kW di potenza refrigerante, con un coefficiente di prestazione energetica (EPR) di 4,2 e un flusso d’aria di 1.000 m3/h.
“L’uso dei effetti refrigeranti e di rifiuto di calore di una pompa di calore migliora il coefficiente di prestazione del sistema”, sostiene il team di ricercatori di Jalandhar, sebbene siano necessari ulteriori studi per dimostrare la scalabilità e il potenziale commerciale del sistema sia per applicazioni residenziali che industriali.
Invenzioni contro la siccità
La siccità è una preoccupazione crescente man mano che il cambiamento climatico si accelera. Nonostante le piogge recenti, la scarsità d’acqua minaccia il presente e il futuro di paesi anche europei. Tuttavia, come dimostra questa soluzione, la tecnologia può essere il miglior alleato, e sul mercato sono già disponibili prodotti come un ingegnoso invento spagnolo che risparmia fino al 70% di acqua per l’irrigazione o quello che consente di ridurre del 40% il consumo di acqua in casa tua.
Tra le ricerche più promettenti, spicca quella condotta da scienziati dell’Università di Maryland (USA), che hanno trovato un’alternativa promettente per la raccolta dell’acqua in aree con scarsità. Si tratta di una schiuma composta da materiali naturali e abbondanti sulla Terra che è in grado di assorbire fino al 670% del suo peso grazie all’umidità atmosferica e di rilasciare rapidamente il 95% sotto forma di acqua potabile senza bisogno di energia, esponendola solo alla luce solare.
Non sono gli unici a cercare di raccogliere acqua dall’aria. L’anno scorso, l’Università del Texas ha presentato un materiale in grado di generare fino a 6 litri di acqua con l’umidità del deserto con un solo chilogrammo di gel. Per parte sua, l’Università di Melbourne ha ideato una tecnologia con l’obiettivo di sfruttare l’acqua presente nell’aria per produrre idrogeno verde in zone con accesso limitato all’acqua e all’elettricità.
