Come si rende potabile l'acqua di mare?

La dissalazione è un processo che permette di ridurre o eliminare totalmente i sali presenti all'interno dell'acqua di mare o salmastra, rendendola potabile o adatta a scopi agricoli e industriali. Questo processo può essere realizzato attraverso due diverse metodologie: togliendo l'acqua dai sali o eliminando i sali dall'acqua. La distillazione è il metodo di desalinizzazione più antico e, concettualmente, è molto semplice. Tramite una fonte di calore si scalda l'acqua marina, ottenendo vapore acqueo e lasciando come residuo il sale. Il vapore viene poi raccolto e trasformato nuovamente in liquido tramite condensazione, ottenendo perciò acqua dolce. Il metodo dell'osmosi inversa prevede l'utilizzo di membrane che, per dirla in modo semplice, funzionano come dei filtri. Le maglie di questi filtri sono piccole a sufficienza per far passare le molecole d'acqua ma non quelle di sale, ottenendo perciò acqua dolce.

L'osmosi inversa, chiamata anche iperfiltrazione, è un processo chimico-fisico mediante il quale si forza il passaggio delle molecole di acqua salmastra attraverso una membrana, così da intercettare tutti gli elementi in soluzione e ottenere acqua depurata. Il segreto di una filtrazione efficiente si nasconde nella densità e nella distribuzione della massa del materiale utilizzato per realizzare la membrana osmotica. Se questo sottilissimo filtro è perfettamente regolare in scala nanometrica, purifica una quantità di acqua molto più alta, a parità di tutte le altre condizioni, con un consistente vantaggio in termini di costo per litro d'acqua potabile. Un filtro perfetto in scala nanometrica consentirebbe di risparmiare fino al 40% dell'energia necessaria al processo di potabilizzazione.

Il cambiamento climatico in atto sta incidendo sui livelli di siccità globale, in porzioni del pianeta Terra sempre più ampi. Entro il 2025, metà della popolazione mondiale vivrà in aree sottoposte a stress idrico, secondo l'Organizzazione Mondiale della Sanità. L'urgenza idrica si nota anche nella quantità crescente di ricerche internazionali, che cercano una soluzione al problema, proponendo metodi sempre più efficienti di desalinizzazione, cioè riducendo o eliminando il livello di salinità dell'acqua del mare, per usarla in agricoltura o per renderla potabile, quindi adatta ad un uso umano. Attualmente i principali metodi per desalinizzare l'acqua sono la distillazione solare multistadio - in cui l'acqua marina entra in vani posti in sequenza ed evapora attraverso i vari stadi, lasciando dietro di sé il sale - e l'osmosi inversa - processo alimentato solo dal calore solare, ma il problema principale è che il sale si accumula rapidamente all'interno del dispositivo sotto forma di cristalli che intasano il sistema. Un importante passo avanti nel processo di desalinizzazione, denominato Redox Flow o batterie a flusso Redox, una tecnica elettrochimica emergente, che oltre a trasformare l'acqua di mare in acqua potabile, consente anche di immagazzinare l'energia rinnovabile prodotta dal flusso dell'acqua a prezzi accessibili. Lo studio dimostra che tramite il sistema RFD si può ridurre il tasso di rimozione del sale di circa il 20%, diminuendo allo stesso tempo la domanda di energia, ottimizzando le portate dei fluidi. Il gruppo di ricerca alla Tandon School, guidato da André Taylor, professore di ingegneria chimica e biomolecolare, è riuscito ad ottimizzare il processo di desalinizzazione fino a circa 700 litro/ora per metro quadrato, numeri molto elevati rispetto ai 15 litro/ora dell'osmosi inversa. Integrando perfettamente lo stoccaggio dell'energia e la desalinizzazione, la visione è quella di creare una soluzione sostenibile ed efficiente che non solo soddisfi la crescente domanda di acqua dolce, ma sostenga anche la conservazione ambientale e l'integrazione delle energie rinnovabili. Il procedimento Redox Flow, dunque, permetterebbe l'utilizzo efficiente di fonti energetiche rinnovabili intermittenti, come il solare e l'eolico la cui energia sarebbe immagazzinata nelle batterie a flusso Redox, e rilasciata su richiesta, fornendo un'integrazione di energia elettrica quando necessario. L'impiego di questa tecnologia ridurrebbe la dipendenza dalle reti elettriche convenzionali, favorendo la transizione verso un processo di desalinizzazione dell'acqua a zero emissioni di carbonio ed ecologico.

I filtri vengono realizzati con delle strutture metallo-organiche (MOFs), ossia una classe di composti costituiti da ioni metallici, e spiegano gli esperti, sono in grado di trasformare centinaia di litri di acqua potabile al giorno grazie ai raggi del sole, attraverso un processo efficiente dal punto di vista energetico ed economicamente sostenibile. Quando il materiale viene posto nell'acqua di mare, estrae selettivamente gli ioni dal liquido e li trattiene sulla sua superficie. In 30 minuti, il MOF è stato in grado di ridurre il totale dei solidi disciolti nell'acqua (TDS) da 2.233 parti per milione (ppm) a meno di 500 ppm. Un valore che, secondo l'Organizzazione Mondiale della Sanità, la identifica come acqua potabile sicura. Il filtro MOF assorbe il sale dall'acqua senza consumare energia; una volta riempito di sale, viene posto alla luce diretta del sole per rigenerarsi. Ci vorranno circa quattro minuti, prima che il filtro potrà essere usato nuovamente per purificare l'acqua marina. Si potrebbero produrre quasi 140 l di acqua dolce al giorno per ogni chilo di MOF. Naturalmente, esistono altri sistemi di desalinizzazione dell'acqua, ma hanno bisogno di molta più energia visto che si tratta di processi termici che danno luogo a un'evaporazione. Anche nel caso dell'osmosi inversa, si ha bisogno di membrane per la filtrazione che però necessitano di essere poi ripulite con prodotti chimici specifici.

La desalinizzazione è il processo tecnologico che porta all'eliminazione dei sali presenti nell’acqua o in altri liquidi, con lo scopo di trasformarla in acqua potabile. La composizione dell'acqua salmastra varia leggermente a seconda della zona geografica e delle condizioni ambientali, anche se la percentuale di sali disciolti presente è piuttosto costante, mediamente pari a 35 g/L. In qualsiasi caso, per potabilizzare l’acqua di mare è indispensabile rimuovere tali sali disciolti. La desalinizzazione dell’acqua di mare avviene attraverso l'utilizzo di impianti ad osmosi inversa, ovvero speciali impianti di potabilizzazione che operano processi di filtrazione, utilizzando una membrana semipermeabile per rimuovere i sali e le altre sostanze indesiderate dall'acqua salata. Gli impianti per desalinizzare l’acqua di mare sono quindi sistemi composti da una serie di filtri attraverso cui l'acqua viene pompata e filtrata. Gli impianti di desalinizzazione e di depurazione di Idro Group sono in grado di rendere potabile l’acqua di mare: a seconda delle concentrazioni e alle caratteristiche dell’acqua viene impiegato un differente sistema che combina diverse tecnologie di depurazione. In particolare sono stati sviluppati tre impianti modulari e compatti che grazie all’unione di processi di depurazione, sedimentazione, filtrazione, microfiltrazione, osmosi inversa, remineralizzazione e disinfezione sono in grado di rispondere alle specifiche esigenze di desalinizzazione.

La dissalazione dell’acqua di mare è il processo che permette di rimuovere la frazione salina dall’acqua marina contenente sale, allo scopo di ottenere acqua a basso contenuto di sale. La dissalazione dell’acqua di mare ad osmosi inversa si basa su un impianto ad alta efficienza energetica che prende l’acqua dal mare e la fa passare attraverso dei filtri che la rendono potabile. L’unità di dissalazione è composta da un sistema di pompe, filtri, membrane e piping ad elevata capacità filtrante in grado di poter trasformare, grazie al principio dell’osmosi inversa, l’acqua marina in acqua potabile. L’osmosi inversa è un metodo di purificazione dell’acqua di mare o comune che sfrutta una membrana semipermeabile attraverso cui è possibile effettuare una sorta di filtrazione dell’acqua. Nel processo di osmosi, però, diversamente dalla filtrazione, viene generata una certa pressione per poter superare quella osmotica, e questo passaggio permette alla fine di ottenere acqua purificata. Il processo dell’osmosi inversa riesce a rimuovere tutte le molecole e gli ioni presenti nell’acqua comune e per questo viene utilizzata in ambito industriale e nella produzione di acqua potabile. In pratica, attraverso una membrana semipermeabile passa solo il solvente puro, mentre il soluto si raccoglie sulla stessa membrana. È proprio tale membrana quindi a selezionare le molecole e gli ioni che possono passare o meno, non permettendo tale passaggio a tutte quelle molecole più grandi, mentre i solventi più piccoli possono attraversarla senza problemi. Il dissalatore marino DA, per la dissalazione dell’acqua di mare, è anche antibatterico: esso, infatti, restituisce all’utente acqua dolce e batteriologicamente pura.