Migliorare la desalinazione grazie alla nanotecnologia
Attualmente, ogni giorno in oltre 14 000 impianti nel mondo vengono desalinizzati oltre 63 milioni di metri cubi d’acqua. Questo viene fatto usando principalmente l’osmosi inversa (reverse osmosis, RO), in cui una membrana polimerica molto densa consente solo alle molecole di acqua di passare. Ma la desalinazione effettuata usando la RO presenta molti problemi ambientali, e perciò il progetto NAWADES ha accettato la sfida di migliorare il processo. Il progetto ha usato la nanotecnologia per sviluppare nuovi soluzioni per questo compito. Secondo il Comitato intergovernativo per i cambiamenti climatici (IPCC), entro il 2050 circa il 60 % della popolazione mondiale potrebbe subire gravi carenze idriche, mentre il 33 % che è già ora in difficoltà. Alcuni paesi sono già sulla buona strada per soddisfare il loro fabbisogno mediante la desalinazione; come ad esempio Israele con oltre il 40 % e l’Arabia Saudita con il 70 % dell’acqua nelle città che proviene dalla dissalazione, ovvero il processo che trasforma l’acqua di mare salata in acqua dolce potabile. L’Europa possiede circa il 10 % della capacità globale di desalinazione, con al primo posto la Spagna, con oltre 700 impianti attivi. Persino nel Regno Unito, Londra ha aperto il suo primo impianto di desalinazione. Ma la tecnologia attuale presenta dei problemi. Il flusso di rifiuti generato dalla desalinazione effettuata usando la RO è uno di questi problemi. I rifiuti provenienti dall’acqua salmastra e le sostanze chimiche aggiunte sono solitamente riversati in mare. Complessivamente il processo consuma anche delle quantità notevoli di energia. Una desalina2zione ottimale usando membrane RO è limitata dalla precipitazione di molti sali minerali, chiamata incrostazione superficiale, e dal fouling biologico causato dai batteri, fenomeni che portano entrambi a una durata ridotta della membrana. “La continua somministrazione di agenti anti incrostazione, insieme a strategie di clorazione o declorazione, è usata per ridurre le incrostazioni e il fouling e la necessità di sostituire le costose membrane,” spiega Christiane Chaumette dell’Istituto Fraunhofer per l’ingegneria delle interfacce e la biotecnologia, coordinatrice del progetto NAWADES. Il progetto NAWADES ha messo assieme un consorzio europeo di alto livello nel campo della produzione e dell’applicazione delle membrane al fine di effettuare ricerche sul miglioramento della desalinazione dell’acqua di mare, iniziando dalle basi, ovvero dalle membrane, e includendo l’intero processo, dall’aspirazione dell’acqua di mare fino ai flussi di scarico. Il consorzio ha usato tecnologie che includono la modifica al plasma della superficie delle membrane e metodi integrati di irradiazione UV per potenziare la rimozione del biofouling delle membrane. Il nuovo dispositivo di desalinazione è stato progettato in modo da essere autopulente mediante l’utilizzo di un involucro ricurvo aggiuntivo con luci LED. Questo fornisce la luce per attivare un catalizzatore al biossido di titanio (TiO2) nelle membrane in polivinilidenfluoruro (PVDF) o in quelle in ossido di alluminio. Il progetto ha inoltre studiato il monitoraggio di fouling e incrostazioni usando confronti dell’impedenza elettrica. Le membrane LED autopulenti sono state sviluppate in prototipi dimostrativi e testate in loco durante la fase pilota di NAWADES nell’impianto di dissalazione di El Prat de Llobregat a Barcellona, in Spagna. Quattro differenti versioni delle membrane di ultrafiltrazione sono state testate durante il periodo dimostrativo sia con impostazioni a fondo cieco che a flusso passante, con e senza l’irradiazione LED-UV. “Essere testimone della transizione dai test in laboratorio di NAWADES fino ad arrivare alla dimostrazione e a una serie di concetti commerciali è stata una bella esperienza. Io sono personalmente grata che i partner industriali abbiano anche permesso una tempestiva pubblicazione di diversi risultati della ricerca,” afferma Chaumette. I partner di NAWADES hanno investito in due richieste di brevetto, di cui uno è già stato concesso. I partner hanno firmato un accordo di sfruttamento sulla tecnologia di NAWADES e proseguono lo sviluppo di specifiche tecnologie in partenariati bilaterali e trilaterali.
Parole chiave
NAWADES, desalinazione, sistema a membrane, acqua di mare, osmosi inversa, fouling, incrostazione