Perché il Sole è più efficiente nel far evaporare l'acqua?

Ambiente

Redazione del sito web di Innovazione Tecnologica - 07/09/2025

Illustrazione dell'evaporazione dell'acqua contenuta nell'idrogel in un ambiente buio (sinistra) e sotto radiazione solare (destra). La sezione ingrandita rappresenta gli stati dell'acqua legati (arancione), intermedi (marrone) e liberi (blu e bianco) che si formano nell'idrogel. [Immagine: Saqlain Raza et al. - 10.1039/D5MH00353A]

Perché il sole è così bravo a far evaporare l'acqua?

I ricercatori potrebbero aver scoperto perché la radiazione solare è più efficace di altre forme di energia nel favorire l'evaporazione dell'acqua.

E non si tratta solo di una curiosità accademica: questo fenomeno ha importanti implicazioni ambientali e vaste applicazioni industriali ovunque sia coinvolta l'evaporazione dell'acqua, dalla produzione di energia e vapore nell'industria alla purificazione dell'acqua per il consumo.

"È ampiamente dimostrato che il Sole è eccezionalmente efficiente nell'evaporare l'acqua, più efficiente del riscaldamento dell'acqua su una stufa, ad esempio", ha affermato il professor Saqlain Raza della North Carolina State University negli Stati Uniti. "Tuttavia, non è stato ancora chiarito esattamente il perché. Il nostro lavoro evidenzia il ruolo dei campi elettrici in questo processo."

Per esplorare l'argomento in modo più flessibile, i ricercatori hanno fatto ricorso a simulazioni al computer, che consentono loro di modificare diversi parametri associati all'apporto energetico per osservare come ciascuna caratteristica influenzi l'evaporazione.

Analizzando l'efficienza della luce solare nell'evaporazione dell'acqua, il team ha compreso l'importanza della componente elettrica della radiazione solare.

"La luce è un'onda elettromagnetica costituita, in parte, da un campo elettrico oscillante", ha spiegato il ricercatore Jun Liu. "Abbiamo scoperto che se eliminiamo il campo elettrico oscillante dall'equazione, la luce solare impiega più tempo per far evaporare l'acqua. Ma quando il campo è presente, l'acqua evapora molto rapidamente. E più forte è il campo elettrico, più velocemente l'acqua evapora. La presenza di questo campo elettrico è ciò che separa la luce dal calore quando si tratta di evaporazione dell'acqua."

Rappresentazione schematica della radiazione solare come campo elettrico alternato applicato all'acqua nelle regioni del liquido e dell'interfaccia. Il campo elettrico sinusoidale fornisce energia e favorisce la disgregazione dei cluster d'acqua nella regione dell'interfaccia liquido-vapore, consentendone l'evaporazione. Lo stesso principio si applica anche alle singole molecole d'acqua nella regione dell'interfaccia. [Immagine: Saqlain Raza et al. - 10.1039/D5MH00353A]

Campo elettrico e cluster di molecole

Ciò che le simulazioni hanno mostrato è che l'efficienza della luce solare nell'evaporazione dell'acqua dipende dal comportamento delle molecole d'acqua stesse di fronte a questa componente elettrica.

"Durante l'evaporazione, accadono due cose", ha spiegato Raza. "L'evaporazione rilascia singole molecole d'acqua, che si separano dal resto dell'acqua liquida, oppure rilascia cluster d'acqua. I cluster d'acqua sono gruppi finiti di molecole d'acqua collegate tra loro, ma che possono separarsi dal resto dell'acqua liquida, pur rimanendo interconnesse. Tipicamente, entrambe queste cose accadono in diversa misura."

Ma cosa fa esattamente il campo elettrico oscillante che costringe l'acqua a evaporare più rapidamente?

"Abbiamo scoperto che il campo elettrico oscillante è particolarmente efficace nel disgregare i cluster d'acqua", ha detto Liu. "Questo è più efficiente perché non serve più energia per disgregare un cluster d'acqua con molte molecole rispetto a quella necessaria per disgregare una singola molecola."

Ciò è diventato chiaro quando il team ha confrontato la luce solare che colpisce l'acqua pura e quella che colpisce un idrogel.

"Nell'acqua pura, non troviamo molti cluster d'acqua vicino alla superficie dove può verificarsi l'evaporazione", ha detto Raza. "Ma nel secondo modello ce ne sono molti perché si formano dove l'acqua entra in contatto con l'idrogel. Poiché ci sono più cluster d'acqua vicino alla superficie nel secondo modello, l'evaporazione avviene più rapidamente. In pratica, ci sono più cluster d'acqua che il campo oscillante può separare dall'acqua liquida."

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