Non essere salato: come far funzionare la desalinizzazione nel mondo di domani

Sebbene l’acqua sia spesso scarsa per il consumo umano e l’agricoltura, il pianeta ne è coperto per tre quarti. Il problema è eliminare il sale, e questo viene normalmente fatto dal ciclo dell'acqua terrestre, che produce pioggia e fenomeni simili che reintegrano la quantità di acqua dolce. Circa il 3% dell’acqua sulla Terra è acqua dolce, di cui una frazione è acqua potabile.

Negli ultimi decenni, l’uso della desalinizzazione è aumentato di anno in anno, in particolare in nazioni come Arabia Saudita, Israele ed Emirati Arabi Uniti, ma gli stati aridi degli Stati Uniti come la California stanno esaminando sempre più le tecnologie di desalinizzazione. Gli ovvi ostacoli che la desalinizzazione deve affrontare – indipendentemente dall’esatta tecnologia utilizzata – riguardano l’energia necessaria per far funzionare questi sistemi e il costo finale dell’acqua potabile prodotta rispetto all’importazione da altrove.

Altri problemi che emergono con la desalinizzazione includono l’impatto ambientale, in particolare derivante dai rifiuti della salamoia e presumibilmente dalla vita marina risucchiata nei tubi di aspirazione. Con l’aumento della necessità di desalinizzazione, quali sono le opzioni disponibili per ridurre il fabbisogno energetico e l’impatto ambientale?

Un tipo comune di dissalazione è la distillazione, che è sostanzialmente ciò che avviene anche in natura attraverso l'evaporazione delle acque superficiali. Quando l'acqua viene riscaldata, evapora, lasciando indietro i sali e altre sostanze solide disciolte. Quando questo processo viene eseguito utilizzando calore intenso e in più fasi, si chiama distillazione flash multistadio (MSF), che è uno dei tre tipi di distillazione più comuni, insieme alla distillazione multieffetto (MED) che utilizza fasi con riscaldamento vaporizza quella coppia nella fase successiva, riutilizzando efficacemente il calore. Tuttavia, il tipo di distillazione di gran lunga più comune (quota pari a circa il 69%) è l’osmosi inversa (RO), che utilizza un differenziale di pressione attraverso una membrana che consente il passaggio delle molecole d’acqua, ma non dei sali e di molti altri solidi disciolti.

È importante tenere presente che il risultato di nessuno di questi processi di desalinizzazione su larga scala è una netta separazione in acqua e quant’altro rimane. C'è invece un'uscita di acqua dolce (~40% per RO), con un flusso concentrato che è essenzialmente acqua salata, consentendo l'eliminazione di qualsiasi contaminante presente nell'acqua salina o salmastra. Questo flusso concentrato è ciò che viene restituito al mare o ad altro specchio d'acqua da cui è stata prelevata l'acqua di presa.

Oltre al contenuto salino molto più elevato di questo flusso concentrato, circa il doppio di quello dell'acqua di mare, ha anche una temperatura molto più elevata rispetto all'acqua di ingresso per gli impianti di desalinizzazione termica. Sebbene un aumento della temperatura della salamoia scaricata abbia evidenti effetti negativi sulla vita marina locale, è stato segnalato che il pennacchio di acqua salmastra persiste fino a 5 km dal sito di scarico in alcune località. Ciò renderebbe l'area inadatta per un certo numero di specie che non si comportano bene con l'acqua salmastra.

Gran parte di ciò è evidenziato in una revisione dell’agosto 2021 di Ihsanullah et al. dettagliando l'impatto ambientale noto degli odierni impianti di desalinizzazione, nonché le strategie per rendere la desalinizzazione più rispettosa dell'ambiente. Questa revisione riguarda anche gli additivi comunemente aggiunti all'acqua di aspirazione e che potrebbero finire nell'ambiente, tra cui:

Inoltre, il flusso di rifiuti può includere vari altri contaminanti, come rame e nichel, derivanti dalla corrosione degli scambiatori di calore e di altri componenti dell'impianto di desalinizzazione. A causa della natura del processo di desalinizzazione, aumenteranno anche le concentrazioni di metalli pesanti. Per ridurre l'impatto ambientale di questo flusso di rifiuti, i flussi di scarto provenienti dagli impianti di desalinizzazione vengono sempre più trattati prima di essere rilasciati nuovamente nell'ambiente.

Fino agli anni ’80, l’uso della desalinizzazione termica era comune, quando l’RO è diventato disponibile in commercio. Un enorme vantaggio dell’RO è il suo fabbisogno energetico molto più basso per metro cubo di acqua dolce prodotta (Elsaid et al., 2020), con MSF (operante a 120°C) che richiede la maggior parte dell’energia, soprattutto dal punto di vista termico. MED consuma molta meno energia grazie al riutilizzo del calore nelle sue fasi successive. Come si può vedere nella tabella qui riprodotta da Ihsanullah et al. (2021), per RO la mancanza di requisiti di energia termica lo rende significativamente più efficiente per impostazione predefinita, richiedendo solo energia elettrica per creare il gradiente di pressione attraverso la membrana.