I cristalli di Giano, creati da un team internazionale di ricercatori, rappresentano una soluzione innovativa per la raccolta di acqua atmosferica senza l’impiego di energia. Questi cristalli, ispirati agli organismi del deserto, offrono un approccio promettente per affrontare la crescente scarsità d’acqua a livello globale.
Il team di scienziati, provenienti dall’Università di Jilin, dal Laboratorio di Materiali Intelligenti di NYU Abu Dhabi e dal Centro per i Materiali di Ingegneria Intelligente, ha sviluppato questo nuovo materiale cristallino in grado di catturare acqua dalla nebbia senza richiedere alcuna fonte di energia. I cristalli di Giano, così denominati, traggono ispirazione dalle piante e dagli animali del deserto che hanno adattamenti per sopravvivere in ambienti aridi.
Ad esempio, insetti come scarabei e lucertole del deserto hanno sviluppato strutture superficiali con aree idrofile e idrofobe che catturano efficacemente l’umidità dall’aria. L’acqua viene attratta dalle aree idrofile e le goccioline vengono accumulate e trasportate attraverso le aree idrofobe.
Il team di ricerca, guidato dal Professore di Chimica Pance Naumov, ha presentato i risultati della loro ricerca in un articolo pubblicato sul Journal of the American Chemical Society.
Sviluppo e Proprietà dei Cristalli di Giano
- I ricercatori hanno selezionato tre composti organici versatili per far crescere cristalli organici elastici. Hanno studiato l’interazione di questi materiali con l’acqua sospesa nell’aria, dando vita ai cristalli di Giano. Questi cristalli presentano regioni sia idrofile che idrofobe sulla loro superficie, una per catturare l’acqua e una per trasferirla a un contenitore per la raccolta.
- I cristalli di Giano sono in grado di catturare l’umidità dall’aria con un’efficienza di raccolta d’acqua senza precedenti. La struttura stretta e traslucida dei cristalli consente ai ricercatori di monitorare in tempo reale la raccolta e la condensazione delle gocce di nebbia utilizzando la luce.
Metodo di Raccolta dell’Acqua a Basso Consumo Energetico
- La dissalazione è un processo comunemente utilizzato per ottenere acqua potabile, ma richiede un elevato consumo energetico per separare il sale dall’acqua salata. Al contrario, il processo di condensazione dell’umidità atmosferica o della nebbia utilizzato dai cristalli di Giano è spontaneo e non richiede energia esterna, offrendo una potenziale fonte infinita di acqua pulita.
- I cristalli di Giano combinano funzioni di raccolta e trasporto dell’acqua sulla loro superficie, creando un processo altamente efficiente che massimizza la quantità di acqua raccolta nelle condizioni ambientali.
Impatto e Future Applicazioni
Il Professore Naumov ha sottolineato l’importanza di disporre di materiali capaci di catturare e raccogliere l’umidità atmosferica per produrre acqua potabile. I cristalli sviluppati dal team non solo sfruttano le caratteristiche meccaniche e ottiche dei cristalli organici, ma aprono la strada alla progettazione di raccoglitori attivi, autosensibili ed efficienti a livello di superficie.
Se utilizzati su larga scala, questi cristalli potrebbero contribuire significativamente alla lotta contro la scarsità d’acqua a livello globale.
Riferimento: Efficient Aerial Water Harvesting with Self-Sensing Dynamic Janus Crystals di Linfeng Lan, Liang Li, Chenguang Wang, Pance Naumov e Hongyu Zhang, 22 ottobre 2024, Journal of the American Chemical Society. DOI: 10.1021/jacs.4c11689
