Een studie uitgevoerd aan de Politecnico di Torino, in samenwerking met het Massachusetts Institute of Technology (MIT), en gepubliceerd in het tijdschrift Energie- en milieuwetenschappen , presenteert een zonne-ontziltingsapparaat dat in staat is om opgehoopt zout spontaan te verwijderen. In de toekomst, deze ontdekking zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van duurzame ontziltingssystemen met stabiele efficiëntie in de tijd

De achilleshiel van waterontziltingstechnologieën is de kristallisatie van zoutdeeltjes in de verschillende componenten van het apparaat. Dit verstoppingsverschijnsel veroorzaakt een vermindering van de prestaties na verloop van tijd, waardoor de duurzaamheid van deze apparaten wordt beperkt. Het aanpakken van dit probleem is belangrijk om te zorgen voor een constante productie van zoet water in de tijd. Onlangs, innovatieve nanogestructureerde materialen met anti-verstoppingseigenschappen zijn voorgesteld, met het potentieel om zoutophoping te beperken. Echter, de hoge kosten van deze materialen maken grootschalige productie van commerciële prototypes moeilijk.

Uitgaande van dit probleem, een team van ingenieurs van de afdeling Energie van de Politecnico di Torino (SMaLL), in samenwerking met het Massachusetts Institute of Technology (MIT), heeft de mechanismen die ten grondslag liggen aan het transport van zoutdeeltjes in ontziltingsapparatuur grondig bestudeerd. De studie begon na het constateren van een inconsistentie tussen experimentele waarnemingen en klassieke theoretische modellen van zouttransport. Vooral, de ingenieurs van de Politecnico di Torino, na meer dan twee jaar numeriek en laboratoriumonderzoek gefinancierd door de Compagnia di San Paolo (MITOR-project) en het CleanWaterCenter (CWC), hebben aangetoond dat dit grote verschil in het zouttransport te wijten is aan het zogenaamde Marangoni-effect. Op basis van deze ontdekking, de onderzoekers van de Politecnico di Torino (Matteo Morciano, Matteo Fasano, Eliodoro Chiavazzo en Pietro Asinari, die ook de functie bekleedt van wetenschappelijk directeur van het National Institute of Metrological Research (INRiM) en van MIT (Svetlana V. Boriskina) hebben een prototype gemaakt dat in staat is zeewater op een duurzame manier te ontzouten en het zout dat zich tijdens het gebruik heeft opgehoopt spontaan te verwijderen.

Het Marangoni-effect is een fenomeen dat ook in de natuur voorkomt, die in het dagelijks leven kan worden waargenomen:"In een waterige oplossing, vloeibare moleculen interageren met elkaar via intermoleculaire bindingen die krachten genereren die 'cohesiekrachten' worden genoemd. Twee oplossingen met verschillende concentraties zullen verschillende cohesiekrachten hebben. De aanwezigheid van deze concentratievariatie, en dus van cohesiekrachten, zorgt ervoor dat de vloeistof wegstroomt uit gebieden met een lage concentratie, het genereren van een hermengproces. Dit effect is verantwoordelijk voor de 'tranen' van wijn die bij het schudden op de wanden van het glas worden waargenomen.

Het Marangoni-effect, door een verandering in de concentratie in de vloeistof, kan daarom worden ontwikkeld en gebruikt om het opnieuw mengen van oplossingen met verschillende concentraties te vergroten. In ons ontziltingsapparaat (waar de behandelde oplossingen gebaseerd zijn op zeewater in verschillende concentraties), dit fenomeen maakt het mogelijk om de ophoping van zout in de verdampers te voorkomen, zorgen voor een constante en blijvende productiviteit van gedestilleerd water, en het beschermen van de onderdelen die onderhevig zijn aan bederf. Onze strategie was daarom om een ​​apparaat te ontwerpen dat dit effect ten volle kan benutten, het bereiken van een verdere stap in de richting van toekomstige commerciële toepassingen van het apparaat", legt Matteo Morciano uit, onderzoeker bij de afdeling Energie van de Politecnico di Torino en eerste auteur van het onderzoek.

In de huidige versie en rekening houdend met een oppervlakte voor de absorptie van zonne-energie van ongeveer een vierkante meter, het ontziltingsapparaat kan meer dan 15 liter water per dag leveren. Verder, dankzij het Marangoni-effect, het zoutverwijderingsproces is tot 100 keer sneller dan voorspellingen op basis van spontane diffusie, waardoor een snel herstel van de eigenschappen van de componenten wordt bevorderd.

De resultaten van dit onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Energie- en milieuwetenschappen , kan belangrijke implicaties hebben bij het ontwerp van een nieuwe generatie ontziltingsmaterialen en apparaten, waardoor ze het opgehoopte zout spontaan 'zelfreinigen' en stabiele en langdurige prestaties garanderen. Verder onderzoek is momenteel aan de gang in het CleanWaterCenter van de Politecnico di Torino, met als doel het prototype industrialiseerbaar en veelzijdiger te maken.