Il Politecnico di Torino punta sulle alghe brune per rispondere alla sfida della dissalazione

Un limite energetico da superare

La dissalazione è già considerata una tecnologia strategica, ma il suo tallone d’Achille è il consumo energetico: gli impianti tradizionali richiedono grandi quantità di elettricità oppure calore ad alta temperatura, con costi e complessità che ne frenano la diffusione su larga scala.

È da qui che parte la ricerca coordinata da Eliodoro Chiavazzo, docente del Dipartimento Energia-DENERG (laboratorio SMaLL): “Da anni lavoriamo su tecnologie che mettano insieme acqua ed energia in modo intelligente. La domanda è semplice: quanta energia stiamo perdendo ogni giorno sotto forma di calore a bassa temperatura, e quanto valore potremmo ricavarne? Se trasformiamo anche solo una parte di quel calore per produrre acqua dolce, apriamo una strada nuova per la resilienza idrica, soprattutto dove l’accesso all’energia elettrica non è scontato o dove i costi energetici rendono le soluzioni tradizionali meno praticabili.”

Recuperare parte dell’energia termica oggi dissipata per produrre acqua dolce significa, in pratica, ridurre il fabbisogno elettrico degli impianti e migliorarne il bilancio di sostenibilità complessivo.

Un idrogel dalle pareti cellulari delle alghe

Al centro dello studio c’è un protagonista inatteso: un idrogel di alginato di calcio, materiale bio-derivato ottenuto dagli alginati naturalmente presenti nelle pareti cellulari delle alghe brune.

In laboratorio, i ricercatori lo hanno realizzato in forma di piccole sfere con una caratteristica decisiva per la dissalazione termica di nuova generazione: la capacità di assorbire rapidamente grandi quantità di vapore acqueo e di rilasciarlo in modo controllato quando riceve calore.

Come spiega Matteo Calò, dottorando al DENERG e primo autore dello studio, il suo lavoro si è concentrato sulla sintesi del materiale e sui test sperimentali. A colpire i ricercatori è stata soprattutto la combinazione di prestazioni elevate e sostenibilità: in condizioni tipiche, con temperatura di 30 gradi e umidità relativa al 70%, l’idrogel arriva ad assorbire fino a 1,28 grammi di acqua per grammo di materiale, un valore nettamente superiore a quello dei sorbenti comuni come i silica-gel, che nelle stesse condizioni non superano la metà di questa capacità. Più acqua viene caricata dal materiale, più veloce risulta il processo, e maggiore è la quantità di acqua purificata che si riesce a produrre.

Le diverse strade della dissalazione

La dissalazione non va pensata come un’unica tecnologia, ma come una famiglia di soluzioni con vantaggi e limiti differenti. L’osmosi inversa resta la più diffusa ed efficace, ma richiede energia elettrica e impianti capaci di gestire alte pressioni, spesso complessi da manutenere. Gli approcci termici tradizionali, che separano il sale tramite evaporazione e successiva ricondensazione, necessitano invece di sorgenti di calore a temperature più elevate, dunque più costose o meno facilmente reperibili.

Il team torinese punta su una strada diversa: la dissalazione ad adsorbimento, che può funzionare a temperature molto più basse, trasformando in risorsa il calore “di scarto” abbondante nell’industria, in alcuni impianti energetici e, sempre più spesso, nelle infrastrutture moderne.

Dal vuoto al vapore: come funziona il processo

Il principio alla base è intuitivo, anche se tradurlo in un sistema efficiente ed economico richiede anni di ricerca. In una camera sotto vuoto, l’acqua salata evapora già a temperature moderate; il vapore viene catturato dall’idrogel; riscaldando poi il materiale, il vapore viene rilasciato e fatto condensare come acqua dolce in un’altra sezione del sistema, dove viene raccolto. Il sale, nel frattempo, resta nella soluzione di partenza. È un modo alternativo di separare acqua e sale: non si forza il passaggio attraverso una membrana ad alta pressione, ma si guida un ciclo di evaporazione, cattura e rilascio del vapore a bassa temperatura.

I risultati del prototipo: acqua dolce già a 45°C

Il dato più significativo in chiave applicativa riguarda le prestazioni del prototipo sperimentale, che ha dimostrato di produrre acqua dolce partendo da una sorgente termica di appena 45°C — una temperatura molto comune, tipica di numerosi flussi di calore residuo industriale, di diverse soluzioni solari termiche a bassa temperatura e di applicazioni in cui oggi il calore viene semplicemente disperso.

In condizioni ottimali, con una sorgente a 60°C, gli autori riportano una produttività giornaliera di circa 6 metri cubi di acqua al giorno per tonnellata di materiale impiegato, un risultato che colloca il sistema tra le soluzioni più interessanti per applicazioni di piccola scala alimentate da calore a temperature moderate. Anche l’efficacia della separazione è stata confermata: partendo da un’acqua con salinità paragonabile a quella marina, la rimozione del sale supera il 99%.

Dalla dissalazione al raffrescamento: la multi-generazione

Un sistema alimentato da calore a bassa temperatura non serve solo a produrre acqua dolce: può essere integrato con altri usi termici, aumentando l’efficienza complessiva dell’impianto. La dissalazione diventa così parte di un’architettura di “multi-generazione”, in cui una stessa sorgente termica alimenta più servizi in modo sinergico.

“Dal punto di vista energetico, l’aspetto interessante è proprio l’integrazione“, osserva Calò. “Se hai una sorgente di calore a bassa temperatura, puoi pensare a un sistema capace di produrre acqua dolce e, al tempo stesso, contribuire a servizi come il raffrescamento, migliorando il fattore di utilizzo del calore disponibile.”

Il legame con il raffrescamento è particolarmente attuale, perché la domanda di freddo cresce in molte aree del mondo proprio a causa dell’aumento delle temperature: nelle regioni costiere calde, i bisogni di acqua dolce e di raffrescamento aumentano di pari passo. Le tecnologie ad adsorbimento si prestano bene anche a questo scopo: possono alimentare cicli di raffrescamento termicamente attivati, riducendo il ricorso ai compressori elettrici nelle ore più critiche.

“Quando si confrontano tecnologie, è fondamentale partire dai vincoli reali: energia disponibile, manutenzione, infrastrutture, impatto ambientale e contesto d’uso”, sottolinea Vincenzo Gentile, ricercatore del DENERG e coautore dello studio. “In questo lavoro abbiamo ragionato in modo non troppo diverso da quanto si fa nel riciclo dei rifiuti, provando a rivalorizzare qualcosa che per decenni è stato considerato uno scarto, se non un problema da smaltire: il calore disperso nei processi industriali.”

Un tassello della ricerca sull’acqua del Politecnico

Lo studio si inserisce in una visione più ampia che il Politecnico di Torino porta avanti sul tema dell’acqua, con attività che uniscono ricerca sui materiali, chimica, termofluidodinamica, sistemi energetici e prototipazione.

“Nel Clean Water Center lavoriamo per trasformare ricerca e prototipi in soluzioni che possano avere impatto”, spiega Matteo Fasano, docente del DENERG e coautore dello studio. “L’acqua è una questione tecnica, ma anche sociale ed economica: significa sicurezza alimentare, salute, stabilità dei territori. Una tecnologia che produce acqua dolce usando calore a bassa temperatura può essere utile in comunità costiere, in aree isolate, in situazioni emergenziali, ma anche in contesti industriali dove oggi si paga due volte: prima per generare energia e poi per disperderla. Se quell’energia residua diventa acqua, e potenzialmente contribuisce anche a servizi come il raffrescamento, il bilancio cambia.”

I prossimi passi verso la scala applicativa

Gli autori sono chiari sul percorso che resta da fare: il prototipo dimostra la fattibilità della soluzione, ma il passaggio alla scala applicativa richiede ulteriori sviluppi, dall’ottimizzazione dei cicli alla verifica della durata nel tempo, fino alla progettazione modulare e all’integrazione con specifiche sorgenti di calore, tenendo conto fin dall’inizio dell’architettura energetica complessiva.

“La cosa importante è che i numeri ci dicono che la direzione è giusta”, conclude Calò. “Quando un materiale sostenibile supera nettamente i sorbenti convenzionali e abilita la dissalazione a temperature così basse, non stiamo semplicemente migliorando un dettaglio: stiamo aprendo una nuova finestra tecnologica. E in un’epoca in cui acqua, energia e clima sono sempre più intrecciati, questa finestra potrebbe fare la differenza.”

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