Studio dell'effetto Marangoni per la rimozione del sale in componenti per la dissalazione = Marangoni effect-driven salt rejection for desalination purposes

La carenza di risorse idriche rappresenta uno dei maggiori problemi che già persiste nel mondo, ma che ogni paese dovrà affrontare prima o poi a causa delle critiche conseguenze che ne deriveranno dal cambiamento climatico e dal tasso elevato di crescita della popolazione. La soluzione più immediata, concernente l’operazione di dissalazione dell’acqua fornita dagli oceani, desta ancora preoccupazione riguardo l’impatto ambientale procurato dalle tecnologie impiegate. Inoltre, il sostentamento intensivo da combustibili fossili e le grandi infrastrutture richiesti dai comuni metodi di dissalazione escluderebbero a priori la possibilità di risanare le situazioni di siccità nei paesi in via di sviluppo o in regioni remote. Con l’obiettivo di fornire alternative sostenibili ed economiche, diversi istituti di ricerca stanno sperimentando differenti tecniche di costruzione e materiali innovativi al fine di rendere sempre più efficiente il processo di dissalazione alimentato da energia solare. In tale campo, le peculiarità delle tecniche a base termica consentono la realizzazione di dispositivi passivi capaci di produrre acqua potabile di alta qualità senza l’impiego di organi mobili. Le linee guida che si dovrebbero rispettare nella fase di progettazione di queste strutture riguardano principalmente la richiesta di un’adeguata efficienza, della flessibilità e dell’impiego di materiali a basso costo, per essere idonei a soddisfare la domanda di acqua anche dei paesi più poveri. Oltre alla difficoltà di raggiungere produttività comparabili a quelle dei dissalatori che impiegano fonti di energia non rinnovabili, la principale problematica di questi sistemi consiste nell’incapacità di assicurare performance stabili per lungo tempo. Molte tecnologie proposte dai ricercatori, infatti, non garantiscono un adeguato meccanismo di evacuazione del sale accumulato durante il processo di evaporazione. Talvolta, le strategie anti-intasamento adottate sono risultate efficaci, ma limitano l’efficienza del dispositivo e prevedono l’impiego di nanomateriali molto costosi. La possibile svolta nel campo della dissalazione solare passiva può aver avuto luogo con la realizzazione del dispositivo che sarà analizzato nella tesi. Si tratta di un dissalatore solare multistadio passivo ad alta efficienza ed economico; la caratteristica eccezionale di questa tecnologia consiste nell’affidare il processo di rigetto spontaneo di sale ai fenomeni fisici derivanti dall’effetto Marangoni. In questo modo, sulle strutture di evaporazione non si rilevano mai cristalli di sale e la performance del sistema risulta stabile nel tempo. L’obiettivo della tesi consiste nell’analizzare, mediante un modello numerico realizzato tramite il software COMSOL Multiphysics®, i meccanismi del trasporto di massa sviluppato dall’effetto Marangoni nel layer di evaporazione del dissalatore. Saranno valutati gli effetti sulla capacità di evacuazione del sale conseguenti alla modifica delle condizioni di accumulo e della geometria del modello. Infine, per dimostrare l’efficacia dell’effetto Marangoni sul rigetto di sale, è stato effettuato un confronto diretto con il caso di pura diffusione.