Analisi delle prestazioni di un sistema di dissalazione solare operante mediante la tecnica di umidificazione–deumidificazione

Trasformare la luce solare in acqua potabile

L’acqua pulita sta diventando sempre più difficile da reperire in molte regioni aride, compreso l’Egitto, dove città e nuove località balneari hanno urgente bisogno di acqua dolce ma dispongono di fiumi e precipitazioni limitati. Questo studio esplora un dispositivo solare di piccola taglia in grado di trasformare l’acqua salata del mare in acqua potabile usando un riscaldamento moderato anziché l’ebollizione intensa. Misurando attentamente il comportamento del sistema in condizioni reali all’aperto, i ricercatori mostrano come ottenere più acqua dolce dalla stessa radiazione solare mantenendo bassi costi e inquinamento.

Perché questo tipo di dissalazione è importante

Le grandi centrali di dissalazione già forniscono acqua a molte città costiere, ma richiedono pompe ad alta pressione, filtri complessi e grandi quantità di elettricità. Ciò le rende costose e difficili da installare in villaggi remoti o piccole comunità. Il sistema testato qui utilizza un’idea diversa chiamata umidificazione–deumidificazione: invece di forzare l’acqua salata attraverso membrane fini, imita il ciclo naturale dell’acqua. L’acqua salata riscaldata evapora nell’aria, lasciando il sale indietro, e poi quell’aria umida viene raffreddata in modo che l’acqua pura condensi e possa essere raccolta. Poiché le temperature restano ben al di sotto dell’ebollizione e la principale fonte di calore è il sole, questo approccio può essere più semplice, silenzioso e pulito rispetto agli impianti convenzionali.

Come funziona il sistema di prova

Il gruppo ha costruito un impianto pilota su un tetto al Cairo e lo ha alimentato con acqua reale del Canale di Suez, che è più salata della media oceanica globale. La luce solare riscalda prima l’acqua marina in un collettore solare a tubi sottovuoto, portandone la temperatura a livelli paragonabili a quelli di una vasca da bagno o superiori. Quest’acqua salata calda viene poi spruzzata su materiale plastico di riempimento all’interno di una struttura alta chiamata umidificatore. Mentre scorre verso il basso, un ventilatore spinge aria verso l’alto attraverso le superfici bagnate, che si carica di vapore acqueo diventando aria calda e umida. Quest’aria quindi si muove attraverso condotti isolati fino a una seconda camera, il deumidificatore, dove passa su bobine metalliche fredde alimentate con acqua cittadina fresca. Il vapore condensa sulle bobine e gocciola in una vasca come acqua distillata pronta per lo stoccaggio e l’uso successivo.

Cosa hanno misurato i ricercatori

Dalle nove del mattino fino alle cinque del pomeriggio, in 36 giornate di prova distinte in febbraio e marzo, i ricercatori hanno variato due manopole principali: la velocità di flusso dell’acqua marina e la velocità di circolazione dell’aria. Hanno monitorato la radiazione solare, le temperature, l’umidità dell’aria e la quantità esatta di acqua dolce prodotta ogni ora. Come prevedibile, la produzione è aumentata durante la mattina, ha raggiunto il picco intorno a mezzogiorno quando il sole era più intenso e poi è diminuita nel tardo pomeriggio. Velocità d’aria maggiori trasportavano più vapore dall’umidificatore al deumidificatore, e un flusso d’acqua marina più alto metteva a disposizione più acqua calda per l’evaporazione. Nelle migliori condizioni testate—flusso d’acqua marina di 0,63 chilogrammi al secondo e velocità dell’aria di 13,2 metri al secondo—la produzione giornaliera ha raggiunto 17,04 chilogrammi di acqua distillata, circa 17 litri, durante l’intervallo operativo di otto ore.

Bilanciare resa, efficienza e costi

Oltre alla semplice produzione, il team ha esaminato quanto efficientemente il sistema utilizzasse il calore solare in ingresso. Hanno utilizzato una misura chiamata gain output ratio, che confronta l’energia contenuta nell’acqua prodotta con l’energia termica fornita. Questa ratio, insieme a un rapporto di recupero che confronta l’acqua dolce prodotta con l’acqua marina immessa, ha raggiunto il picco quando flusso d’acqua marina e velocità dell’aria erano elevati ma bilanciati: una particolare combinazione ha dato il miglior compromesso tra forte evaporazione e condensazione efficace. In quelle condizioni ottimali, il gain output ratio complessivo ha raggiunto 1,22, indicando che il recupero interno di calore all’interno del sistema ha contribuito a riutilizzare l’energia. Un’analisi economica, basata su una vita utile stimata di dieci anni e sulle condizioni finanziarie locali, ha mostrato che ogni litro di acqua distillata costerebbe circa 1,7 centesimi di dollaro USA, assumendo 340 giorni soleggiati di funzionamento all’anno. Poiché il calore proviene dal sole anziché dai combustibili fossili, gli autori stimano che si evitino circa sei tonnellate di emissioni di anidride carbonica nel corso della vita del sistema.

Cosa significa per le regioni assetate

In termini semplici, questo lavoro dimostra che un dispositivo solare modesto, delle dimensioni di un tetto, può trasformare in modo affidabile acqua salata del canale in acqua pulita a basso costo senza aggiungere gas serra. Ottimizzando la velocità di passaggio dell’aria e dell’acqua marina nel sistema, i ricercatori hanno individuato condizioni operative che massimizzano la produzione di acqua dolce e l’efficienza energetica con il clima reale del Cairo. Sebbene il volume giornaliero sia troppo ridotto per fornire una grande città, è ben adattato alle necessità di abitazioni isolate, aziende agricole o campi turistici lungo le coste egiziane. Lo studio fornisce numeri pratici che ingegneri e pianificatori possono utilizzare per progettare unità di dissalazione su piccola scala di nuova generazione, economiche, a bassa manutenzione e alimentate principalmente dalla luce del sole.

Citazione: Gomaa, A., Hassaneen, A.E., Ibrahim, H. et al. Performance analysis of a solar desalination system operated by humidification–dehumidification technique. Sci Rep 16, 9805 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40700-6

Parole chiave: dissalazione solare, umidificazione deumidificazione, trattamento idrico su piccola scala, energie rinnovabili, risorse idriche in Egitto