Sorpresa, la luce può far evaporare l'acqua senza calore

Un’equipe di ricercatori del MIT (Massachusetts Institute of Technology) ha rivelato un fenomeno inaspettato che potrebbe rivoluzionare tutte quelle certezze, acquisite dagli studi sulla fisica, che hanno a che fare con l’evaporazione dell’acqua. La nuove scoperte potrebbero portare a sviluppi innovativi nel campo della desalinizzazione e offrire prospettive aggiornate per guardare a una vasta gamma di fenomeni naturali.

L’articolo pubblicato su PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) da Yaodong Tu, ricercatore del MIT, e dal professor Gang Chen, insieme ad altri quattro esperti, descrive una scoperta che potrebbe avere impatti significativi in diversi ambiti.

Gli scienziati hanno constatato che, in determinate condizioni, la luce può causare l’evaporazione diretta dell’acqua senza apporto di calore. La conclusione è figlia di un’attenta attività di osservazione svolta su materiali chiamati idrogel, simile per comportamento alle spugne. I materiali in questione hanno evidenziato tassi di evaporazione superiori alla quantità di calore ricevuta. La sovra-evaporazione, rilevata essere maggiore del doppio o del triplo rispetto al massimo teorico, ha innescato una serie di esperimenti e simulazioni che hanno portato al riconoscimento di questo fenomeno sorprendente.

Far evaporare l’acqua senza calore: quali sono le conseguenze

L’evaporazione avviene quando le molecole d’acqua situate sulla superficie del liquido assumono abbastanza energia cinetica da superare la forza di attrazione reciproca e abbandonano la superficie sotto forma di vapore acqueo. Il processo avviene a qualsiasi temperatura, ma l’evaporazione tende ad aumentare quando il calore impresso sul liquido cresce.

A livello microscopico, all’interno di un liquido, le molecole sono in movimento costante a causa dell’energia termica. L’evaporazione dell’acqua è quindi il risultato del movimento aleatorio delle molecole che, una volta raggiunta una certa energia, possono lasciare la superficie del liquido e trasformarsi in vapore.

Nell’immagine si vede la condensa bianca che si forma a fronte dell’evaporazione dell’acqua da un supporto in idrogel, utilizzando luce verde senza apporto di calore (Fonte: MIT).

La ricerca dimostra che la luce, in particolare nella regione in cui l’acqua incontra l’aria, può separare molecole di acqua dalla superficie. Tale comportamento, chiamato effetto fotomolecolare, avviene a livello del confine tra l’acqua e l’aria, principalmente sulla superficie del materiale idrogel. La luce, in particolare quella con determinate lunghezze d’onda, può influenzare significativamente il tasso di evaporazione. La luce verde, ad esempio, è emersa come la più efficace in assoluto: il maggiore tasso di evaporazione, quindi, dipende dal colore della luce e non dal calore.

Nonostante l’acqua di per sé non assorba molta luce e neanche il materiale idrogel, la combinazione dei due elementi si è dimostrata un forte assorbitore, consentendo al materiale di sfruttare l’energia dei fotoni solari in modo efficiente e superare il limite termico senza la necessità di utilizzare coloranti scuri.

Effetto fotomolecolare: in arrivo una futura rivoluzione nei processi industriali?

Quanto emerso a valle degli studi e delle sperimentazioni condotte dagli esperti del MIT potrebbe non soltanto influenzare i processi industriali, ma anche giocare un ruolo cruciale nella modellizzazione climatica, contribuendo a migliorare l’accuratezza dei modelli previsionali.

Il già citato effetto fotomolecolare potrebbe rivoluzionare il settore della desalinizzazione e aprire la strada a nuove applicazioni pratiche in molteplici settori. Non per niente, infatti, gli studiosi del MIT – finanziati dall’Abdul Latif Jameel Water and Food Systems Lab e da Bose Grant, si stanno ora concentrando sulle applicazioni pratiche del fenomeno appena scoperto.

Secondo le prime stime, le conclusioni dello studio potrebbero portare a un’efficienza significativamente superiore dei sistemi di desalinizzazione solare, potenzialmente aumentando la produzione di acqua dolce da 1,5 kg per metro quadrato fino a tre o quattro volte tanto.