Seul, Corea del Sud. In un centro congressi, uno stadio di baseball e diversi uffici sono in corso test che porteranno (letteralmente) I ricercatori dell’Università Chung-Ang stanno sperimentando filtri ispirati al muco nasale umano, e i risultati sono sorprendenti: efficienza superiore del 30%, durata raddoppiata e consumo energetico ridotto del 27%.
La chiave del successo? Un sottilissimo strato oleoso che imita il meccanismo con cui il nostro naso cattura polveri e allergeni.
Muco nasale, il filtro perfetto che non sapevamo di avere
Il team guidato da Junyong Park presso l’Università Chung-Ang ha sviluppato quello che chiamano filtro PRO (Particle-Removing Oil-coated), un sistema che replica con precisione millimetrica il funzionamento del nostro sistema respiratorio naturale. La ricerca, pubblicata sulla rivista Nature, dimostra come il muco nasale riesca a intrappolare particelle microscopiche grazie a forze capillari che sono da 25 a 1000 volte più potenti delle deboli forze di van der Waals sulle quali si basano i filtri tradizionali.
Il meccanismo? Semplice. I ricercatori applicano uno strato di olio siliconico spesso appena 200-500 nanometri sulla superficie delle fibre del filtro. Questo film sottilissimo non ostruisce i pori (la permeabilità all’aria rimane quasi identica), ma crea una superficie appiccicosa che replica l’azione del muco nasale.
Quando respiriamo, il muco nasale non si limita a “catturare” le particelle: le ingloba letteralmente. Quando una particella di polvere o polline tocca la superficie umida, si forma un liquido che genera forze capillari nell’ordine dei micronewton. I filtri convenzionali, al confronto, si affidano a forze dell’ordine dei nanonewton. È come confrontare la presa di una morsa con quella di una calamita da frigorifero.
Test sul campo: 18 mesi di prove estreme
I filtri PRO non sono rimasti confinati in laboratorio. Per 18 mesi, il team ha condotto test sul campo in diverse location di Seul: un centro espositivo, un edificio per uffici e lo stadio di baseball indoor Gocheok Sky Dome. I risultati parlano chiaro: i filtri ispirati al muco nasale hanno catturato il 42% in più di particolato rispetto a quelli convenzionali.
Ma la vera sorpresa è arrivata quando i ricercatori hanno testato i filtri in condizioni di vento contrario. Mentre i filtri tradizionali perdevano gran parte delle particelle catturate quando l’aria soffiava nella direzione opposta, i filtri PRO mantenevano salda la loro presa. Questo li rende ideali per stazioni della metropolitana, cantieri e altre aree ad alto flusso d’aria dove le correnti cambiano direzione.
Biomimetica: quando copiare la natura paga
Come spiega Sanghyuk Wooh, coautore dello studio:
I nostri filtri bioispirati dimostrano che uno strato liquido stabile e sottile può migliorare drasticamente la cattura e la ritenzione delle particelle, offrendo un nuovo paradigma per una filtrazione dell’aria efficiente, duratura e a risparmio energetico
La tecnologia si basa su spazzole di PDMS (polidimetilsilossano) spesse circa 10 nanometri, sistemate sulla superficie dei materiali filtranti. Su queste spazzole viene poi applicato l’olio siliconico tramite nebulizzazione. Il risultato è una superficie uniforme che minimizza l’energia interfacciale e mantiene stabile il film liquido.
L’aspetto più interessante? I filtri PRO possono essere rigenerati. Dopo l’uso, basta lavarli con acqua e detergente per rimuovere le particelle catturate, poi riapplicare lo strato oleoso. Come vi raccontavo in questo articolo sulla biomimetica, la natura continua a essere la nostra migliore fonte di ispirazione tecnologica.
Risparmio energetico e durata raddoppiata
I vantaggi dei filtri ispirati al muco nasale vanno oltre la semplice efficienza di cattura. Nei test di laboratorio, la combinazione di pre-filtro PRO e filtro HEPA PRO ha mostrato una velocità di aumento della pressione del 58% più lenta rispetto ai sistemi convenzionali. In termini pratici, questo significa che i ventilatori dei sistemi HVAC devono lavorare meno, riducendo il consumo elettrico fino al 27% e prolungando la vita operativa dei filtri di oltre tre volte.
Il motivo di questa maggiore durata risiede nel modo in cui le particelle si depositano. Nei filtri tradizionali, il particolato forma strutture ramificate che ostruiscono rapidamente i pori. I filtri PRO, invece, compattano le particelle in depositi densi grazie alle forze capillari, mantenendo aperti i canali di passaggio dell’aria più a lungo.
Troppi tecnicismi? Torniamo pratici.
La tecnologia sviluppata dal team coreano potrebbe trovare applicazione in una vasta gamma di settori: dai sistemi di ventilazione domestici e industriali ai purificatori d’aria portatili, fino ai filtri per veicoli. Come riportato da Chemical & Engineering News, l’approccio biomimetico apre la strada a un nuovo paradigma nella filtrazione dell’aria.
Ancora una volta, la soluzione ai nostri problemi tecnologici era proprio sotto il nostro naso. Letteralmente.
