Osmosi inversa: dissalazione delle acque

L’osmosi inversa è quel processo in cui il passaggio dell’acqua attraverso una membrana semipermeabile avviene in verso opposto a quello naturale. Si ottengono così due soluzioni: una ad elevata concentrazione salina e l’altra molto diluita. Le membrane semipermeabili possono essere sia di origine chimica che di origine biologica come, ad esempio, la membrana cellulare la cui funzione è quella di fungere da barriera selettiva e semipermeabile alla maggior parte delle molecole solubili in acqua.

Essa è costituita da un doppio strato fosfolipidico compreso fra due strati proteici situati a livello delle superfici di separazione tra le fasi interna ed esterna della cellula e funge da barriera di permeabilità regolando gli scambi di elementi e sostanze chimiche.

Esempi di membrane semipermeabili sintetiche sono, in genere, di tipo polimerico come il cellophane e le membrane realizzate con alcool polivinilico, poliuretani e politrifluorocloroetilene che consentono, in genere, solo il passaggio dell’acqua.

Nel corso dei tempi gli scienziati hanno compiuto studi su come rimuovere la frazione salina dalle acque di mare secondo un processo detto dissalazione per far fronte alla richiesta sempre maggiore di acqua nel mondo dovuta all’aumento della popolazione mondiale e al progresso industriale;  nei cicli di trasformazione delle materie prime, infatti, l’acqua è talmente importante da costituire essa stessa una materia prima.

Circa il 96% dell’acqua presente sulla terra si trova negli oceani e il suo utilizzo potrebbe risolvere il problema della sete nel mondo: si tenga conto che circa 884 milioni di persone non hanno accesso a fonti sicure e pulite di acque potabili.

Tabella

L’acqua dell’oceano contiene circa il 3.5% m/m di sostanze disciolte di cui il 99% è costituito di seguenti ioni

Ioni presenti nell’acqua di mare

Ioni g/Kg di acqua di mare
Cloruro Cl 19.35
Sodio Na+ 10.76
Solfato SO42- 2.71
Magnesio Mg2+ 1.29
Calcio Ca2+ 0.41
Potassio K+ 0.39
Carbonato acido HCO3 0.14

 

Tra i metodi più diffusi di dissalazione ricordiamo la distillazione e il congelamento che tuttavia richiedono molta energia in quanto richiedono passaggi di stato. Un metodo più economico che non necessita di passaggi di stato è costituito dall’osmosi inversa.

Osmosi

Per comprendere il processo di osmosi inversa è necessario conoscere il processo di osmosi, fenomeno scoperto dal fisiologo francese René Joachim Henri Dutrochet de Néons.  Quest’ultimo è un fenomeno naturale in cui se si trovano a contatto, tramite una membrana semipermeabile due soluzioni di cui una a concentrazione maggiore e una a concentrazione minore l’acqua presente nella soluzione a concentrazione minore tende a migrare verso la soluzione a concentrazione maggiore provocandone la diluizione fin quando le concentrazioni delle due soluzioni diventano uguali come è rappresentato in figura:

osmosi

Il fenomeno dell’osmosi era già conosciuto dai tempi antichi e nel 1784  l’abate Nollet  lo mise in evidenza in modo scientifico. La pressione che bisogna esercitare per impedire l’osmosi viene detta pressione osmotica.

Mentre l’osmosi è un fenomeno naturale che non richiede energia per far procedure in senso opposto tale processo occorre forzare il passaggio delle molecole di acqua  dalla soluzione più concentrata alla soluzione meno concentrata applicando alla soluzione più concentrata una pressione maggiore rispetto alla pressione osmotica attraverso una membrana semipermeabile che consente il solo passaggio di acqua e non dei sali  in essa disciolti.

Osmosi inversa

Poiché la pressione osmotica dell’acqua di mare è di circa 30 atm per arrestare il fenomeno osmotico è necessario applicare una pressione uguale. Se la pressione applicata è superiore a 30 atm il processo osmotico viene invertito e la sola acqua passa dalla soluzione salina

osmosi inversa

La dissalazione delle acque tramite osmosi inversa presenta come unica difficoltà la ricerca di membrane semipermeabili selettive che possano essere usate su larga scala e per periodi prolungati.

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