Una spugna speciale per purificare e riciclare
Un gruppo di ricerca americano realizza un nanocomposito spugnoso in grado di assorbire fosfati e metalli dai corsi d'acqua, per poi estrarli sfruttando il pH
Oggigiorno sempre più corsi d’acqua risultano contaminati da minerali provenienti da deflussi agricoli o processi manifatturieri industriali, oltre che dal fenomeno della fioritura algale, un rapido aumento o accumulo della popolazione di alghe microscopiche che possono, tra l’altro, secernere tossine nell'acqua.
Alti livelli di fosfati—la forma in cui si trova in natura il fosforo—e metalli quali rame e zinco nell’acqua rappresentano un rischio significativo sia per la salute umana che per l’ambiente; sebbene esistano sistemi per rimuoverli, si tratta di procedimenti spesso costosi e utilizzabili solo una volta.
Ma i suddetti elementi hanno anche un importante valore di mercato in campo agricolo (nella produzione di fertilizzanti, per i fosfati) e industriale (nella generazione di energie rinnovabili, per i metalli), dato che le riserve naturali si stanno rapidamente assottigliando, il che rende il loro riciclo oramai indispensabile.
Sarebbe possibile, quindi, escogitare un sistema in grado di salvare capra e cavoli? È proprio quello che ha realizzato un gruppo di ricerca presso la Northwestern University (USA) con il loro nanocomposito spugnoso (SNC, dall’inglese Sponge NanoComposite).
Spugna e nanoparticelle contro i contaminanti
Innanzitutto, di cosa stiamo parlando? L’SNC consiste in pratica in una spugna di cellulosa altamente assorbente, rivestita di nanoparticelle—minuscole particelle di materia, protagoniste di un precedente articolo—di ossido di ferro (banalmente ferro più ossigeno).
Tali nanoparticelle hanno una particolare affinità per metalli quali rame e zinco, oltre che per i fosfati, con la spugna che fa la sua parte grazie alla superficie porosa, che fornisce ampio spazio per l’aggancio ai suddetti elementi.
Come spiega lo scienziato dei materiali e principal investigator (ossia, ricercatore principale) del progetto Vinayak Dravid, un grande vantaggio del loro nanocomposito è che esso può essere usato come una sorta di coltellino svizzero, essendo riutilizzabile e in grado di fungere sia da assorbente universale, che di gestire specifici tipi di contaminanti con apposite modifiche.
Difatti, in precedenti esperimenti l’SNC si è dimostrato capace di estrarre piombo dall’acqua, oltre che rimuovere petrolio e microplastiche da laghi e oceani. Finora tutto bene, quindi, ma come fare per recuperare i minerali intrappolati nella spugna?
Acidi, basi e accordi commerciali
La chiave risiede nel pH, il popolare indicatore di acidità (e, indirettamente, basicità) di una soluzione acquosa, e a spiegare in che modo è Kelly Matuszewski, dottoranda nel gruppo di Dravid e prima autrice dello studio in esame, a cui è stato affidato il compito di dare una seconda vita ai minerali assorbiti dal nanocomposito.
La ricercatrice ha infatti scoperto che, riducendo il pH a un livello moderatamente acido, metalli come rame e zinco vengono espulsi dalla spugna; successivamente, alzando il pH a un livello moderatamente basico, sono i fosfati a essere rilasciati.
Per di più, lo stesso SNC ha continuato a funzionare egregiamente anche dopo cinque cicli di assorbimento e recupero degli elementi, mentre la percentuale di contaminanti residui nell’acqua è diventata così bassa da non risultare identificabile.
E non è nemmeno più solo una dimostrazione sperimentale: la StormTrap, azienda operante nella fabbricazione di strumenti per il trattamento delle acque piovane, ha già stretto un accordo commerciale col gruppo, consentendo ai ricercatori di mettere alla prova il loro sistema in ambito industriale.
Certo, Matuszewski ha effettuato i suoi test in un ambiente comunque controllato, in cui ogni inquinante aveva la stessa concentrazione relativa, ma è già in programma la fase successiva: stabilire la quantità di minerali che la spugna è in grado di intrappolare e collaborare con altri ricercatori al fine di rendere più puliti i corsi d’acqua e riciclare i preziosi elementi che li contaminano.