Energia Solare e Nanoparticelle per la Salute

Alcuni tipi di nanoparticelle permettono di generare, grazie all'energia solare, vapori ad alta temperatura per sterilizzare utensili in ambito sanitario o per la bonifica dei rifiuti umani.

Al Rice Quantum Institute di Houston è stato realizzato un prototipo di autoclave per la sterilizzazione, all'interno del quale viene immeso del vapore saturo utilizzando una soluzione contenente nanoparticelle. Com'è noto, nel campo medico ed odontoiatrico la necessità di sterilizzare gli utensili è fondamentale: se questa è una procedura diffusa e di normale applicazione nel mondo "occidentale", non si può dire lo stesso nei paesi in via di sviluppo, dove si può sopperire alla carenza di informazioni e cultura al riguardo ma non certo alla mancanza di energia elettrica. I sistemi di sterilizzazione in commercio richiedono infatti alte potenze che non sono disponibili in diversi posti remoti ma abitati del mondo.

Gli scienziati texani hanno individuato nanoparticelle di carbonio e di alcuni metalli che, immerse in una soluzione acquosa, mostrano spiccate tendenze a generare calore se colpite dalla radiazione solare (caratteristica detta fototermìa). In prossimità delle nanoparticelle si crea molto rapidamente del vapore che, una volta raggiunta la superficie del liquido, viene rilasciato, senza che il liquido stesso vada in ebollizione; quando poi a questo vapore si aggiunge quello della soluzione acquosa, ne risulta un vapore totale a temperatura sufficientemente alta, compresa tra 115°C e 132°C, che si mantiene per il tempo necessario a sterilizzare un volume pari a 14.2 litri (parametri richiesti dalla Food and Drug Administration, FDA).
Le nanoparticelle hanno due vantaggi: non si degradano durante la produzione del vapore, non si disperdono nella fase gassosa; pertanto l'unico "carburante" di questo dispositivo è l'acqua, non necessariamente potabile. Il sistema è stato denominato ad anello chiuso (closed-loop): il vapore passa dal collettore solare all'autoclave e vi ritorna dopo essere condensato. Inoltre il collettore solare fa uso di una lente di Fresnel come concentratore.

Con un sistema simile, detto ad anello aperto (open-loop), è stata prototipata un'altra tipologia di sterilizzatore, utile a realizzare una sorta di bagno chimico, in posti dove gli impianti fognari sono lontani dall'essere realizzati. In questo caso l'energia solare è indirizzata sulla soluzione a nanoparticelle mediante una parabola riflettente: il vapore generato all'interno dell'autoclave permette il trattamento di un volume pari a 35 litri di rifiuti liquidi e solidi umani, dispersi poi nei terreni circostanti senza pericoli per la salute degli abitanti di quelle zone. Si raggiunge una temperatura di 132°C e la si mantiene per 5 minuti, rispettando così quanto imposto dalla International Organization per Standardization (ISO) in questo settore.

Si tratta quindi di tecnologie valide dal punto vista medico-sanitario, sia per il rispetto dei valori in temperatura e tempi richiesti a livello internazionale, sia per i test effettuati con successo grazie ad indicatori biologici di commercio. La compattezza e facilità d'uso di tali sistemi li rende applicabili su larga scala senza grossi investimenti. Si prevedono dispositivi analoghi per la purificazione dell'acqua non potabile, basata su distillazione, oppure per la generazione di energia elettrica, pensando però ad impianti di dimensioni molto più ampie.