La nuova tecnologia utilizza la luce solare ordinaria per disinfettare l’acqua potabile

May 01, 2023

Una polvere riciclabile a basso costo può uccidere migliaia di batteri presenti nell’acqua al secondo se esposta alla luce solare. Gli scienziati di Stanford e SLAC affermano che il disinfettante ultraveloce potrebbe rappresentare un progresso rivoluzionario per 2 miliardi di persone in tutto il mondo senza accesso all’acqua potabile sicura.

Almeno 2 miliardi di persone in tutto il mondo bevono abitualmente acqua contaminata da microbi patogeni.

La polvere disinfettante viene agitata in acqua contaminata da batteri (in alto a sinistra). La miscela viene esposta alla luce solare, che uccide rapidamente tutti i batteri (in alto a destra). Un magnete raccoglie la polvere metallica dopo la disinfezione (in basso a destra). La polvere viene quindi ricaricata in un altro bicchiere di acqua contaminata e il processo di disinfezione viene ripetuto (in basso a sinistra). (Credito immagine: Tong Wu/Università di Stanford)

Ora, gli scienziati della Stanford University e dello SLAC National Accelerator Laboratory hanno inventato una polvere riciclabile a basso costo che uccide migliaia di batteri presenti nell’acqua al secondo se esposti alla normale luce solare. Secondo il team di Stanford e SLAC, la scoperta di questo disinfettante ultrarapido potrebbe rappresentare un progresso significativo per quasi il 30% della popolazione mondiale che non ha accesso all’acqua potabile. I loro risultati sono pubblicati in uno studio del 18 maggio su Nature Water.

"Le malattie trasmesse dall'acqua sono responsabili di 2 milioni di morti ogni anno, la maggior parte tra bambini di età inferiore ai 5 anni", ha affermato il co-autore dello studio Tong Wu, ex studioso post-dottorato di scienza e ingegneria dei materiali (MSE) presso la Stanford School of Engineering. "Crediamo che la nostra nuova tecnologia faciliterà cambiamenti rivoluzionari nella disinfezione dell'acqua e ispirerà ulteriori innovazioni in questo entusiasmante campo interdisciplinare."

Le tecnologie convenzionali per il trattamento dell’acqua includono sostanze chimiche, che possono produrre sottoprodotti tossici, e luce ultravioletta, che impiega un tempo relativamente lungo per disinfettarsi e richiede una fonte di elettricità.

Il nuovo disinfettante sviluppato a Stanford è una polvere metallica innocua che funziona assorbendo sia la luce UV che quella visibile ad alta energia proveniente dal sole. La polvere è costituita da scaglie di dimensioni nanometriche di ossido di alluminio, solfuro di molibdeno, rame e ossido di ferro.

"Abbiamo utilizzato solo una piccola quantità di questi materiali", ha affermato l'autore senior Yi Cui, professore fondatore di Fortinet di MSE e di Energy Science & Engineering presso la Stanford Doerr School of Sustainability. "I materiali sono a basso costo e abbastanza abbondanti. L'innovazione chiave è che, quando immersi nell'acqua, funzionano tutti insieme."

Dopo aver assorbito i fotoni dal sole, il catalizzatore di solfuro di molibdeno/rame funziona come una giunzione semiconduttore/metallo, consentendo ai fotoni di rimuovere gli elettroni. Gli elettroni liberati reagiscono quindi con l’acqua circostante, generando perossido di idrogeno e radicali idrossilici – una delle forme di ossigeno più biologicamente distruttive. Le sostanze chimiche appena formate uccidono rapidamente i batteri danneggiando gravemente le loro membrane cellulari.

Immagini microscopiche di E. coli prima (a sinistra) e dopo la disinfezione. I batteri morirono rapidamente dopo che la luce solare produsse sostanze chimiche che causarono gravi danni alle membrane cellulari batteriche, come mostrato nei cerchi rossi. (Credito immagine: Tong Wu/Università di Stanford)

Per lo studio, il team di Stanford e SLAC ha utilizzato un bicchiere da 200 ml [6,8 once] di acqua a temperatura ambiente contaminata con circa 1 milione di batteri E. coli per ml [0,03 once].

"Abbiamo mescolato la polvere nell'acqua contaminata", ha detto il co-autore principale Bofei Liu, ex postdoc del MSE. "Poi abbiamo effettuato il test di disinfezione nel campus di Stanford alla luce del sole ed entro 60 secondi non sono stati rilevati batteri vivi."

I nanofiocchi polverosi possono muoversi rapidamente, entrare in contatto fisico con molti batteri e ucciderli rapidamente, ha aggiunto.

Anche i sottoprodotti chimici generati dalla luce solare si dissipano rapidamente.

"La durata del perossido di idrogeno e dei radicali idrossilici è molto breve", ha detto Cui. "Se non trovano immediatamente i batteri da ossidare, le sostanze chimiche si scompongono in acqua e ossigeno e vengono scartate in pochi secondi. Quindi puoi bere subito l'acqua."