Dissalazione solare termica senza additivi e senza scarico di salamoia con contemporanea estrazione completa di minerali dall’acqua di mare

Trasformare la luce solare e l’acqua di mare in acqua potabile

Molte comunità costiere affrontano un paradosso: sono circondate dall’acqua di mare ma non hanno acqua potabile sicura. Questo studio descrive un nuovo modo per trasformare l’acqua oceanica in acqua dolce usando solo la luce solare, catturando al contempo minerali utili dal mare. L’approccio evita la salamoia di scarto prodotta da molte attuali impianti di dissalazione, mirando a una via più pulita ed efficiente per garantire acqua e risorse preziose.

Perché le tecnologie attuali non bastano

Gli impianti di dissalazione convenzionali, come quelli a osmosi inversa, consumano molta energia e rilasciano grandi volumi di salamoia concentrata miscelata con sostanze chimiche nell’ambiente. Questa salamoia può danneggiare la vita marina, gli ecosistemi costieri e persino le acque sotterranee. Allo stesso tempo, l’acqua di mare contiene enormi quantità di minerali disciolti, inclusi elementi scarsi e preziosi sulla terraferma. L’ideale sarebbe un sistema unico che fornisca acqua dolce, trasformi i sali disciolti in forma solida e lo faccia senza scaricare rifiuti liquidi.

Un pannello metallico azionato dal sole che «beve» il mare

Per affrontare questa sfida, i ricercatori hanno realizzato un pannello metallico speciale che assorbe sia l’acqua di mare sia la luce solare. Hanno impiegato un metodo di lavorazione laser rapido per scolpire la superficie di sottili lamiere di alluminio in foreste di minuscole scanalature coperte da strutture ancora più piccole. Questo trattamento rende il metallo di un nero intenso e altamente assorbente, convertendo quasi tutta la luce solare incidente in calore. Rende inoltre la superficie supercapillare, il che significa che una pellicola sottile d’acqua può risalire in salita attraverso le scanalature, trascinata dalle forze capillari. Quando la luce solare colpisce il pannello, la pellicola si riscalda e l’acqua evapora rapidamente in vapore, lasciando i sali disciolti sulla superficie.

Mantenere il sale lontano dalla zona attiva

L’accumulo di sale normalmente compromette gli evaporatori solari ostruendo il flusso d’acqua e riflettendo la luce. L’avanzamento chiave in questo lavoro è che il pannello sagomato con il laser spinge automaticamente i cristalli di sale appena formati fuori dalla zona centrale di lavoro verso regioni laterali dove possono essere raccolti. Gli autori mostrano che scanalature superficiali più profonde e larghe forniscono un forte flusso di acqua di mare relativamente fresca che raggiunge il fronte di crescita del sale. Osservazioni microscopiche rivelano che l’evaporazione concentra inizialmente il sale al confine esterno dell’acqua, in modo simile a come si forma l’anello del caffè quando una goccia si asciuga. Poi entra in gioco un processo chiamato «salt creeping»: sottili film di acqua salata scorrono sopra la crosta porosa di sale, la dissolvono localmente e ricristallizzano più esternamente. Questo ciclo ripetuto spinge il bordo del sale ad allontanarsi dalla zona attiva, che rimane pulita ed efficiente.

Acqua dolce e minerali solidi senza salamoia di scarto

In prove controllate in ambiente interno sotto illuminazione standard, il design ottimizzato del pannello raggiunge un tasso di evaporazione di circa 1,76 chilogrammi d’acqua per metro quadrato all’ora, con circa tre quarti dell’energia solare incidente impiegata per vaporizzare l’acqua. Allo stesso tempo, quasi tutto il sale presente nell’acqua di mare evaporata compare come cristalli solidi nelle regioni passive del pannello, per cui quasi nulla ritorna nell’acqua sottostante. Durante un funzionamento continuo della durata di una settimana, sia la produzione d’acqua sia la raccolta del sale rimangono stabili, mentre la salinità dell’acqua residua resta pressoché costante, mostrando che non si accumula una salamoia liquida di scarto. Test con acqua di mare proveniente dall’Atlantico, dal Pacifico e dall’Indiano hanno dato prestazioni simili, e l’acqua condensata soddisfa gli standard stabiliti per l’acqua potabile.

Estrarre il mare rendendolo potabile

I solidi raccolti contengono i sali comuni attesi come sodio, magnesio, potassio e calcio, ma anche tracce di elementi più preziosi come oro, cesio, bromo e uranio. Gli autori suggeriscono che aggiungendo rivestimenti selettivi su parti del pannello il sistema potrebbe essere tarato per catturare metalli specifici come il litio pur continuando a produrre acqua dolce. Poiché il pannello può tirare l’acqua verso l’alto, può essere inclinato per seguire il Sole nel cielo, migliorando la resa giornaliera. In termini semplici, questo lavoro indica un modo pratico per trasformare la luce solare e l’acqua di mare sia in acqua bevibile sia in minerali estraibili, evitando i rischi ambientali dello scarico di salamoia.

Citazione: Tang, L., Singh, S.C., Wei, R. et al. Additive-free and brine-discharge-free solar-thermal desalination with simultaneous complete mineral mining from ocean water. Light Sci Appl 15, 246 (2026). https://doi.org/10.1038/s41377-026-02315-4

Parole chiave: dissalazione solare, acqua di mare, zero liquid discharge, recupero di minerali, purificazione dell’acqua