Un materiale poroso in grado di assorbire l’umidità dell’aria e rilasciarla quando viene riscaldato: è la promessa del CAU-10-H, un composto della famiglia dei Metal-Organic Frameworks (MOF) studiato dai ricercatori dell’Università di Kiel, in Germania. Le prove di laboratorio indicano una capacità teorica di produzione fino a 1,8 litri di acqua al giorno per chilo di materiale, ma i risultati più interessanti arrivano dalla scalabilità: il gruppo tedesco è riuscito a produrre 27,5 chilogrammi di questo materiale in un reattore pilota, un passo decisivo per uscire dalla provetta.
La ricerca, pubblicata su due studi distinti, apre scenari applicativi che vanno dall’approvvigionamento idrico in zone aride al raffreddamento di data center e processi industriali, sfruttando calore di scarto. Non si tratta ancora di un rubinetto nel deserto, ma i numeri e i progressi nella produzione rendono questa tecnologia più concreta. Ecco come funziona e perché potrebbe interessare anche l’agricoltura e la gestione delle risorse.
Come funziona la spugna molecolare
I MOF sono solidi con una struttura interna porosa a livello molecolare: milioni di minuscole gallerie che offrono un’enorme superficie su cui le molecole d’acqua possono aderire. Il CAU-10-H inizia a catturare vapore acqueo già con un’umidità relativa del 18%, una condizione tipica di molti ambienti aridi. Quando viene riscaldato a circa 70 °C, le molecole si staccano e l’acqua può essere recuperata. Il ciclo è ripetibile, rendendo il materiale una vera e propria spugna rigenerabile.
I ricercatori di Kiel hanno ottimizzato il processo integrando il MOF con una schiuma di carbonio conduttiva: applicando una corrente elettrica, il materiale si scalda rapidamente per effetto Joule, riducendo i tempi di rilascio dell’acqua fino al 51%. In alternativa, il riscaldamento può avvenire tramite luce solare, un’opzione particolarmente interessante per applicazioni off-grid.
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Quanta acqua può produrre davvero?
Nei test, a un’umidità relativa del 40%, il composito con CAU-10-H ha catturato fino a 0,17 grammi di acqua per grammo di materiale. Ripetendo i cicli durante la giornata, la produzione teorica raggiunge circa 1,83 litri per chilogrammo al giorno. Con umidità al 20%, il valore scende a circa 1,05 litri. Tra gli altri MOF testati, il MOF-303 ha mostrato prestazioni migliori, arrivando a 2,18 litri per chilo al giorno.
Gli autori sottolineano che si tratta di proiezioni basate su dispositivi da soli 100 milligrammi: per passare a sistemi reali servono verifiche su dimensioni maggiori, condensazione e qualità dell’acqua. L’obiettivo dichiarato è la produzione di acqua potabile per regioni aride e mediterranee, ma prima di arrivare al bicchiere servono sistemi di condensazione e controlli sanitari.
La svolta: 27,5 chili di materiale
Il secondo studio, guidato da Kalle Mertin, ha utilizzato un reattore pilota da 750 litri per produrre 27,5 chilogrammi di CAU-10-H secco, con una resa dell’88%. È la prima produzione su questa scala per un materiale noto da circa quindici anni ma finora ottenuto solo in piccole quantità. I ricercatori hanno anche stimato i costi di una futura produzione industriale: in uno scenario da 1.000 tonnellate all’anno, il costo potrebbe scendere a circa 13,8 dollari al chilogrammo, e a 12,1 dollari con processi ottimizzati e recupero del solvente.
La produzione su larga scala è un passaggio cruciale per applicazioni pratiche, come il raffreddamento ad adsorbimento. In questo ambito, il CAU-10-H ha mostrato in simulazioni prestazioni fino a tre volte superiori al gel di silice e doppie rispetto al SAPO-34, un altro materiale di riferimento. Il vantaggio dipende però dalle condizioni operative e dal tipo di impianto, quindi non si può parlare di un condizionatore miracoloso.
Per chi opera in agricoltura o nella gestione idrica, tecnologie come questa potrebbero un giorno integrare le soluzioni esistenti per l’irrigazione o la deumidificazione. In attesa di sviluppi, la ricerca tedesca offre un esempio di come la scienza dei materiali stia cercando risposte concrete alla scarsità d’acqua e all’efficienza energetica. Per approfondire il tema delle risorse idriche in agricoltura, puoi leggere il nostro articolo sulla zeolite in agricoltura, un altro materiale che aiuta a gestire acqua e suolo.
La strada per il rubinetto nel deserto è ancora lunga, ma con 27,5 chili di materiale in più, la ricerca ha fatto un passo avanti concreto. E se il raffreddamento dei data center diventerà più sostenibile, il merito potrebbe essere di questa strana spugna molecolare.
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