L'acqua è minacciata da periodi di siccità sempre più lunghi, responsabili di una crisi idrica che continua a mettere in ginocchio interi territori. Le difficoltà di approvvigionamento, dovute in parte ai cambiamenti climatici, sono responsabili di uno stress idrico che colpisce ogni anno il 30% della popolazione mondiale: una serie di aspetti che rendono la dissalazione dell'acqua marina una risorsa indispensabile per poter disporre ovunque di una fonte idrica illimitata e sicura (fonte: https://www.eai.enea.it/archivio/sos-acqua/come-affrontare-lo-stress-delle-risorse-idriche-in-europa.html).
Del resto la quantità di acqua dolce presente sul pianeta è limitata: ad oggi solo il 3% del totale, in gran parte sotto forma di ghiacciai, è disponibile come acqua dolce di superficie o di falda; il restante 97% è composto dall'acqua salata dei mari e degli oceani, che risulta inutilizzabile senza un adeguato processo di dissalazione.
Proprio per questo, sempre più spesso intere nazioni investono sulla dissalazione dell'acqua di mare. Stando ai dati dell'USGS (United States Geological Survey), oggi il 70% della desalinizzazione avviene a opera dei paesi mediorientali, anche se, a causa dei frequenti e prolungati periodi di siccità, il tema è sempre più centrale anche in moltissime nazioni europee.
Tra i paesi che presentano il maggior numero di sistemi di desalinizzazione ci sono la Grecia con il 19%, l'Italia con il 18%, e la Spagna con il 41%, che vanta anche il maggior numero di impianti di medie e grandi dimensioni (fonte: https://www.eai.enea.it/archivio/sos-acqua/come-affrontare-lo-stress-delle-risorse-idriche-in-europa.html).
La dissalazione dell'acqua permette di colmare gli effetti delle crisi idriche di carattere stagionale così come le carenze endemiche naturalmente diffuse in molti territori. Inoltre offre l'opportunità di disporre di acqua dolce non solo a uso civile, ma anche agricolo e industriale, due settori responsabili ogni anno di enormi quantitativi di consumi idrici. Di conseguenza rappresenta un driver di sviluppo estremamente importante per moltissimi paesi: vediamo quindi cosa si intende per dissalazione dell'acqua e quali sono le prospettive in termini di approvvigionamento presente e futuro.
Cos'è la dissalazione
La dissalazione è un processo che consiste nell'eliminazione totale o parziale del quantitativo di sale contenuto nell'acqua proveniente dal mare. Il significato di dissalazione rimanda infatti a quel processo che prevede il passaggio da uno stato in cui l'acqua presenta un elevato contenuto di sali disciolti a uno stato in cui l'acqua e il sale sono parzialmente o completamente separati.
Nel linguaggio comune questo processo è noto anche come desalinizzazione, ma quale differenza c'è con il termine dissalazione?
Dissalazione o desalinizzazione, quali differenze?
Nel riferirsi al processo che comporta la rimozione del sale dall'acqua di mare, in letteratura si usano indifferentemente sia il termine dissalazione sia il termine desalinizzazione, anche se spesso si tende a pensare che rimandino a due iter completamente diversi. In realtà i due termini sono sinonimi e possono essere adoperati per indicare la stessa procedura; parlare di dissalazione o desalinizzazione è indifferente, quello che cambia è il sistema adottato per eliminare la frazione salina dall'acqua.
Come avviene il processo di dissalazione: impianti e tecnologie
La dissalazione è un fenomeno condotto artificialmente seguendo due diverse procedure di desalinizzazione, una delle quali prevede la replica, sebbene in scala estremamente ridotta, di ciò che avviene normalmente in natura.
È importante sottolineare infatti che anche il ciclo dell'acqua su cui si basa la sussistenza dell'uomo sul Pianeta ha luogo per mezzo di una sorta di dissalazione dell'acqua del mare, che di fatto è il punto di partenza da cui ha inizio l'intero processo di formazione dell'acqua dolce in natura.
La desalinizzazione nel ciclo idrogeologico si verifica in particolare a causa dell'evaporazione di mari e oceani e della conseguente formazione del vapore acqueo, che finisce per comporre le nuvole e ricadere sulla terra sotto forma di pioggia. Tale dissalazione, che si verifica su scala planetaria per effetto dell'enorme quantitativo di energia emessa dal sole, a livello industriale avviene in tempi significativamente più brevi, adoperando impianti specifici e l'energia fornita dall'uomo. La dissalazione dell'acqua può essere inoltre riprodotta mediante diverse tecnologie, alcune basate su processi termici, altre su processi di tipo meccanico.
Processi termici di desalinizzazione
Con le tecnologie basate sui processi termici, la desalinizzazione dell'acqua di mare avviene tramite l'uso del calore, con un sistema del tutto simile a quello della distillazione.
Queste procedure, che replicano su scala ridotta il fenomeno che naturalmente avviene in natura, sfruttano l'energia termica per convertire l'acqua marina in vapore, condensarlo ed estrarre acqua completamente dolce, lasciando il sale come residuo solido della trasformazione. I processi termici possono essere condotti tramite due diverse tecnologie, la prima è la Multi-Stage Flash (MSF), la seconda è la Multiple Effects Distillation (MED), entrambe basate sui medesimi principi fisici, ma da opzionare in base alle esigenze e alle risorse disponibili.
In particolare, grazie all'elevata capacità dei sistemi impiegati, le tecnologie (MSF) sono adottate per la realizzazione di impianti di grandi dimensioni, mentre le tecnologie MED per impianti di piccole e medie dimensioni; in linea di massima non è possibile affermare quale procedura sia migliore dell'altra: ogni tecnologia, al variare delle condizioni di partenza, può rivelarsi più o meno efficace per un particolare processo di dissalazione. La validità dell'una o dell'altra dipende infatti dal quantitativo di acqua da desalinizzare, dal contenuto salino presente, dall'efficienza termica richiesta e dal vapore di pressione disponibile, fattori che devono essere valutati attentamente, prima di scegliere l'impianto di dissalazione da adottare.
Processi meccanici di desalinizzazione
La dissalazione dell'acqua di mare basata su processi meccanici si attua per mezzo di una procedura di filtrazione tramite membrane con osmosi inversa (RO). L'iter prevede in particolare il passaggio dell'acqua di mare ad alta pressione attraverso apposite membrane, talmente fitte da trattenere le molecole di sale disciolte e far sì che l'acqua filtrata risulti completamente dolce.
La dissalazione per osmosi è efficace ed efficiente e, con l'88,5% degli impianti totali, rappresenta la tecnologia oggi più impiegata dagli stati europei (fonte: https://www.eai.enea.it/archivio/sos-acqua/come-affrontare-lo-stress-delle-risorse-idriche-in-europa.html).
Tuttavia, è adoperata prevalentemente in sistemi di dimensioni ridotte e per acqua di mare non troppo salata; senza contare che al suo utilizzo sono associati diversi rischi ambientali, dallo smaltimento dei prodotti chimici necessari per la pulizia delle membrane dagli accumuli di sale, alle conseguenze ecologiche legate al filtraggio di elementi, come il plancton, indispensabili per il benessere degli ecosistemi marini.
In definitiva entrambe le metodologie, quella termica e quella meccanica, permettono di ottenere acqua dolce a partire da un certo quantitativo di acqua salata, ma con un'efficienza, un rendimento e una domanda di energia che possono variare significativamente caso per caso.
In ogni caso la richiesta energetica è il parametro più importante per il funzionamento di qualunque impianto, oltre a essere anche la variabile che influisce maggiormente sui costi operativi.
Costi della dissalazione dell’acqua di mare
Basandosi su un processo per sua natura fortemente energivoro, il costo della dissalazione dell'acqua è in genere piuttosto alto. La spesa dipende innanzitutto dalle condizioni di partenza dell'acqua, dal sistema di desalinizzazione adoperato, dalle dimensioni dell'impianto e dai livelli di dolcezza che si intende ottenere, ma in ogni caso si tratta di importi decisamente elevati, soprattutto se si considera che un sistema di questo tipo richiede energia non soltanto per il processo di dissalazione e pompaggio, ma anche per tutto ciò che precede e segue le fasi di lavorazione.
Più nel dettaglio, secondo uno studio (fonte: https://blue-economy-observatory.ec.europa.eu/eu-blue-economy-sectors/desalination_en#10%20return) pubblicato nel 2020 (Pistocchi A. et al) la dissalazione ha dei costi stimati pari a 0,86 euro/m3, una spesa che, in ogni caso, è influenzata dalle periodiche fluttuazioni dei prezzi energetici.
Tuttavia, essendo gli impianti termici fortemente dipendenti dall'energia, hanno un costo molto più alto rispetto a quelli meccanici: un aspetto che nel tempo ha contribuito alla maggiore diffusione degli impianti a osmosi inversa rispetto ai loro omologhi. I sistemi di desalinizzazione a osmosi possono inoltre integrarsi a impianti ad energia rinnovabile basati sul fotovoltaico, che rendono il processo molto più conveniente, anticipando un avvenire in cui questi sistemi potranno assicurare un approvvigionamento di acqua dolce illimitato a costi significativamente contenuti.