Cotone nanotech e alberi dei miracoli: nuove frontiere nella depurazione delle acque?

L'albero dei miracoli (Moringa oleifera). Imagecredit: Wikimedia Commons

Le recenti ricerche sul trattamento delle acque destinate al consumo umano hanno prodotto e stanno indagando, in maniera del tutto indipendente fra loro, diversi nuovi sistemi che si aggiungono a quelli classici, competendo per originalità, economicità e possibilità di utilizzo nei paesi in via di sviluppo.

Il Moringa oleifera, conosciuto anche come albero dei miracoli per le sue incredibili e innumerevoli qualità (fornisce cibo, acqua, combustibile e altro in condizioni ambientali difficili), è una pianta diffusa in buona parte della fascia tropicale ed equatoriale del pianeta, ed è stato oggetto di studio da parte dei ricercatori finanziati da un programma dell’Environmental Protection Agency (EPA) per ottimizzare un sistema per il trattamento delle acque che sfrutti i semi del Drumstick tree, altro epiteto dell’albero che si riferisce alla forma dei suoi frutti.

Darrell Velegol, professore di ingegneria chimica impegnato nella ricerca, spiega che i semi della pianta contengono proteine, fra le quali vi è una proteina cationica,  che contiene una sequenza di un piccolo peptide che agisce come un coltello molecolare, un’arma micidiale che passa attraverso la parete cellulare dei batteri e li uccide, in pratica li viviseziona. Inoltre, poiché la proteina è caricata positivamente, essa è in grado di avvolgere le particelle solide in sospensione, come le “carcasse” dei microorganismi, consentendone una rapida sedimentazione.

I semi e i frutti del M. oleifera, pronti per essere cucinati. Imagecredit: Wikimedia Commons

Questa estate, Velegol, insieme alla moglie Stephanie Velegol, docente di ingegneria ambientale e Richard Schuhmann, si sono recati in Tiout, Marocco, per valutare l’approvvigionamento idrico di un piccolo villaggio e per instaurare una migliore comprensione del popolo (e della sua cultura) che essi sperano di aiutare.

L’idea di usare semi di Moringa per la depurazione, non è del tutto nuova, tuttavia presenta alcuni problemi come quello della scarsa durata dell’acqua così trattata. Infatti le numerose sostanze nutritive contenute nei semi offrono un terreno fertile per nuove contaminazioni, e l’acqua purificata non resta incolume per più di un giorno.

Per prolungare la durata di conservazione dell’acqua trattata con semi di Moringa, i ricercatori stanno provando a disperdere le proteine contenute frantumandole in acqua, e aggiungendo sabbia come aggregante delle proteine rimaste ancora attive, diventa più facile sciacquare via il resto delle proteine e della materia organica fonte di ulteriore contaminazione. Con questo sistema i ricercatori hanno dimostrato di riuscire ad ottenere acqua potabile priva di contaminanti biologici, e la sabbia così “funzionalizzata” viene riciclata semplicemente lasciandola riposare fuori dall’acqua.

Dimostrazione del cotone nanotech. Credit: Technology Review

Un altro interessante sviluppo ci giunge dalla Stanford University, dove è stato sviluppato un filtro che rimuove velocemente i batteri dall’acqua senza intasarsi. Il filtro consiste in un piccolo tampone di cotone intriso da un colorante a base acquosa contenente un pigmento composto da nanotubi di carbonio, che viene alimentato con un debole campo elettrico capace di uccidere i microorganismi consumando solo il 20% dell’energia richiesta dai normali filtri a pressione.

Almeno un miliardo di persone ha accesso soltanto ad acqua contaminata da agenti patogeni o gravemente inquinata. Il filtro sviluppato dai ricercatori di Stanford cerca di migliorare i sistemi per la rimozione dei batteri in maniera indipendente dagli impianti centralizzati di depurazione. Ci sono due metodi chimici principali: aggiunta di cloro all’acqua per uccidere i batteri, o aggiunta di ferro, che provoca l’aggregazione dei batteri in modo che possano venire facilmente rimossi. I metodi chimici sono penalizzati perché richiedono un addestramento del personale e un rifornimento continuo di sostanze chimiche.

La filtrazione, al contrario, è interessante perché è semplice, ma i metodi attuali funzionano discriminando le dimensioni dei microorganismi. Tali filtri si intasano con il tempo, e funzionano molto lentamente, a meno di consumare energia per filtrare l’acqua in pressione. Il filtro della Stanford, che dipende dalla sola forza di gravità, ha pori di dimensioni sufficienti per consentire una portata elevata – circa 100.000 litri all’ora – e utilizza impulsi elettrici per rendere inattivi i batteri bucando le loro pareti cellulari. La ricerca è stata condotta dai professori di ingegneria e scienze dei materiali Yi Cui e Sarah Heilshorn, della Stanford University.

Ecco un interessante video dimostrativo:

Sul fronte della ricerca italiana, è stato da poco annunciato un nuovo sistema per ridurre i volumi di fango prodotto dagli impianti fino a 20 volte, abbattendo i costi e riducendo gli approvvigionamenti dei chemicals utilizzati per il trattamento dei reflui.

dott. Claudio Di Iaconi, responsabile del progetto PERBIOF davanti un impianto di depurazione. Imagecredit: ambienteambienti.com

Claudio Di Iaconi, ricercatore dell’Irsa-Cnr e responsabile della ricerca, dice che il sistema SBBGR (Sequencing Batch Biofilter Granular Reactor – potenziato ad ozono) è utile soprattutto nel caso del trattamento di reflui industriali, dove sono presenti significative quantità di composti organici tossici e difficilmente biodegradabili.

“La nostra tecnologia”  – dice il Dott. Di Iaconi – “consentirebbe a un’azienda che produce 1000 metri cubi di reflui al giorno di risparmiare oltre 2 -3 euro al metro cubo. Quindi 2000 – 3000 euro al giorno,  più di 600.000 € l’anno“.

Questo processo sviluppato nell’ambito del progetto INNOWATECH (acronimo di Innovative and Integrated technologies for the Treatment of Industrial Wastewater: tecnologie innovative per la depurazione delle acque industriali) curato dalla sede di Bari dell’IRSA, Istituto di Ricerca sulle Acque del Consiglio Nazionale delle Ricerche, ha ricevuto un riconoscimento a livello internazionale dalla Commissione Europea che, attraverso il programma LIFE, ha finanziato con 700.000 € lo sviluppo su scala dimostrativa della tecnologia.

Fortunatamente un occhio di riguardo per la tutela delle acque e la ridistribuzione delle risorse idriche dove è necessario torna a essere un tema degno di attenzione, almeno da parte della ricerca scientifica, quando altrove si pensa solo ai meri profitti di privatizzazione, questi ultimi del tutto deprecabili e squisitamente egoistici.

Fonti:

• eurekalert.org: ‘Miracle tree’ may form basis for low-cost water purification
• technologyreview.com: Clean Water for the Developing World
• ambienteambienti.com: Bari: quando la ricerca da’ risultati concreti