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Xylema e potabilizzazione dell'acqua

La scarsità di acqua potabile pulita e sicura è una delle principali cause di mortalità nel mondo in via di sviluppo. L'acqua potabile deve avere una qualità elevata per quanto riguarda parametri fisici, chimici e batteriologici, deve essere quindi adatta al consumo umano. Le sostanze inquinanti più pericolose sono quelle di natura biologica come i batteri patogeni (Escherichia coli, Salmonella typhi, Vibrio cholerae), i protozoi (come la giardia) e i virus (adenovirus, enterovirus, epatite, rotavirus).

Un rapporto dell'OMS indica che ogni anno circa 1,6 milioni di persone muoiono a causa di malattie diarroiche imputabili alla mancanza di accesso ad acqua potabile. Il 90% delle morti è rappresentato da bambini al di sotto dei 5 anni. È evidente come questo problema necessiti di un'attenta riflessione da parte di tutti, anche dalla comunità scientifica che deve attivarsi per fornire soluzioni.
Le tecnologie comuni per la disinfezione dell'acqua comprendono la clorazione, la filtrazione, la disinfezione con raggi UV, la pastorizzazione, l'ebollizione e il trattamento con ozono. Il trattamento con cloro è efficace su larga scala ma poco applicabile in piccoli villaggi. L'ebollizione è una metodologia sempre valida, tuttavia impensabile nei paesi non sviluppati che non hanno accesso a quantitativi sufficienti di carburante. La disinfezione con raggi UV è una tecnologia molto efficace ma necessita di elettricità e manutenzione costantemente. I filtri domestici a carbone non rimuovono i patogeni e svolgono la loro funzione solo con acque biologicamente sicure. I filtri a sabbia e a membrana sono invece in grado di bloccare i patogeni ma per utilizzarli è necessario avere conoscenze specifiche, difficilmente rintracciabili in villaggi arretrati.
In questo contesto, trovare nuovi approcci semplici, poco costosi, efficaci e facilmente disponibili potrebbe essere un fattore determinante nella possibilità di fornire acqua potabile a tutta la popolazione mondiale.

Come spesso accade, la natura è la miglior fonte di ispirazione. I tessuti xilematici delle piante sono specializzati nella conduzione di linfa dalle radici ai germogli. Lo xylema si è evoluto dalla necessità di fornire una bassa resistenza alla risalita del liquido mantenendo pori molto piccoli per evitare il fenomeno della cavitazione. La distribuzione e la dimensione di questi pori, al massimo 500 nm, varia da specie a specie  e potrebbe costituire un filtro economico che blocca il passaggio dei patogeni. L'utilizzo dei vegetali, o di loro parti, in questo ambito è effettivamente nuovo e interessante.
Le misurazioni del flusso di linfa delle piante suggeriscono portate di diversi litri all'ora, che potrebbero essere replicabili con filtri di una decina di cm di lunghezza usando la sola pressione gravitazionale nella regolazione del passaggio dell'acqua.

In una ricerca del MIT sono state studiate le caratteristiche di vari tessuti xylematici nella creazione di filtri per rendere potabile l'acqua. Sono state analizzate le acque filtrate per osservare quale filtro riesce a rimuovere la maggior quantità di batteri.
Sono state utilizzate nell'esperimento branche di Pinus strobus. Sezioni di legno senza corteccia sono state inserite e fissate con fascette all'estremità di un tubo in pvc. Il “filtro” è stato poi sciacquato con acqua deionizzata per qualche minuto.
Le prove sono state effettuate facendo passare attraverso questi filtri acqua deionizzata contenente un colorante rosso, delle nanosfere di polistirene fluorescenti della misura di 20 nm, e una forma inattivata di Escherichia coli.
L'esperimento mostra innanzitutto una maggior capacità di filtrazione del legno precedentemente bagnato rispetto al legno asciutto.
Ricerche precedenti hanno mostrato come i tessuti xylematici di piante a foglie caduche riuscivano a fermare colloidi d'oro con particelle di dimensioni di 20 nm, risultando efficaci nella rimozione di virus.

Il primo risultato evidente agli occhi dei ricercatori è stato quello che i filtri xilematici riuscivano a eliminare il colorante rosso dall'acqua rendendola nuovamente trasparente. Le nanoparticelle da 20 nm invece riesco a attraversare il sistema filtrante.
Con tre misure di filtri sono state poi osservate le capacità di bloccare i batteri, in ogni caso lo xylema fresco riesce a rimuovere il 99% dei microrganismi.
I ricercatori concludono affermando che la tecnologia dei filtri xilematici potrebbe avere interessanti risvolti applicativi se adoperata al punto di utilizzo dell'acqua, precedentemente filtrata con membrane al punto di mandata. Questo porterebbe ad un abbassamento dei costi di impianto conseguente la sostituzione dei filtri costosi con quelli di legno, biodegradabili, efficienti nella rimozione dei batteri, completamente rinnovabili.
 
 

Una nuova ricerca dimostra come, con costi irrisori, si riesce a eliminare il 99% dei batteri presenti nell'acqua

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