La desalinizzazione dell'acqua (detta anche dissalazione o dissalazione ) è un processo che fornisce l' acqua dolce ( potabile o raramente per costo, utilizzabile per l' irrigazione ) da acqua salmastra o salata ( acqua di mare in particolare).
Molto in generale è più facile ed economico reperire fonti di acqua dolce da trattare (acque superficiali, come quelle di lago e fiume, o sotterranee), che desalinizzare l'acqua di mare, tuttavia in molte regioni del mondo le fonti di acqua dolce l'acqua è inesistente o diventa insufficiente rispetto alla crescita demografica o alla produzione industriale.
D'altra parte, è spesso vantaggioso abbinare la produzione di acqua dolce ad un'altra attività (in particolare la produzione di energia , perché il vapore disponibile all'uscita delle turbine, e perso in un impianto convenzionale, è riutilizzabile in un impianto c.d. stazione di dissalazione termica o funzionante secondo il principio dell'evaporazione).
L'acqua di mare ha una salinità di circa 35 g/L , con significative variazioni regionali ( 42 g/L nel Golfo Persico). Per separare il sale occorrono, da un punto di vista puramente teorico e senza perdite di energia (desalinizzazione isoentropica), circa 0,56 kWh/m 3 .
I sistemi di desalinizzazione sono caratterizzati dalla loro efficienza e dal livello di sale residuo ( salamoia ).
Nel mondo produciamo quotidianamente 95 milioni di metri cubi di acqua dolce nel 2018, rifiutando 141,5 milioni di m 3 al giorno di salamoia, il cui impatto sulle aree di scarico ha interessato esperti scientifici dell'ONU .
I sistemi di desalinizzazione sono caratterizzati dalla loro efficienza e dal livello di sale residuo ( salamoia ).
I sistemi utilizzati sono:
Un'importante classe di centrali termiche è associata agli impianti di desalinizzazione; Questi si trovano solitamente in paesi aridi con una grande riserva di gas naturale. In queste fabbriche, la produzione di acqua dolce ed elettricità sono co-prodotti altrettanto importanti.
In ogni caso, la desalinizzazione produce salamoia che deve essere smaltita, il che non è un problema al mare dove la corrente è forte, ma può essere nell'entroterra e in alcune zone ecosistemi come lagune , baie, lagune, mangrovie.
Nel mondo, ogni giorno dalla desalinizzazione vengono prodotti 95 milioni di metri cubi di acqua dolce nel 2018.
La desalinizzazione dell'acqua di mare è una questione importante per il futuro delle regioni aride . Per un costo di produzione che può scendere a circa $ 0,5 al metro cubo per progetti recenti (per osmosi inversa e tutti gli oneri inclusi: costo di esercizio, ammortamento dell'impianto, profitto dell'operatore, ecc.), è possibile risolvere i problemi di mancanza di acqua potabile in molti paesi. Nel caso di utilizzo per il consumo umano, la desalinizzazione dell'acqua di mare è una tecnica oggi affidabile e meno costosa della tecnica nota come riciclo delle acque reflue. Diventa redditizio anche nei paesi sviluppati che generalmente non mancano di acqua, in determinate situazioni specifiche (ad esempio isole turistiche).
Di conseguenza, questa attività sta crescendo molto fortemente. La capacità installata ogni anno aumenta in media di oltre il 10% all'anno. Le cosiddette tecniche termiche (per evaporazione) erano ancora la tecnica principale utilizzata fino a pochi anni fa, ma l'osmosi inversa , grazie alla maggiore affidabilità e al suo basso consumo elettrico (da 4 a 5 kWh/m 3 ), consente costi molto contenuti, che gli conferisce una quota di mercato dell'84% nel 2019.
Nel 2015 sono sufficienti 2 kilowattora per produrre un metro cubo di acqua dolce, rispetto ai 12 kWh di quarant'anni fa. Secondo Jean-Louis Chaussade , amministratore delegato di Suez, “in quindici anni il costo della desalinizzazione è stato diviso per dieci e possiamo ridurre ulteriormente la bolletta energetica di questa tecnica” .
Sono stati proposti progetti faraonici per desalinizzare l'acqua, per le esigenze dell'agricoltura , in particolare con centrali nucleari , .
L'acqua desalinizzata era troppo costosa per la maggior parte delle colture nel 2005; era accessibile solo per le colture ad alto rendimento, soprattutto quando gli investimenti sono sovvenzionati. Poiché l'acqua salmastra è meno salina dell'acqua di mare, è preferibile a quest'ultima.
Un'altra strada per una desalinizzazione meno costosa è la desalinizzazione del ghiaccio marino ; infatti, la salinità del ghiaccio marino è compresa tra lo 0,4% e lo 0,8%, ben al di sotto di quella dell'acqua di mare, che è compresa tra il 2,8% e il 3,1%; la sua dissalazione richiede molta meno energia. Una società cinese, Beijing Huahaideyuan Technology Co. Ltd., inizierà presto a produrre grandi quantità di acqua dolce mediante desalinizzazione del ghiaccio marino, grazie ad un accordo di trasferimento tecnologico firmato con l'Università di Pechino nel gennaio 2014; si prevede che l'azienda sarà in grado di produrre almeno un miliardo di metri cubi di acqua dolce all'anno entro il 2023; il costo della desalinizzazione dovrebbe scendere a 4 yuan per tonnellata (0,48 €/t).
Le fonti idriche non convenzionali di desalinizzazione e riutilizzo dell'acqua , per i paesi con risorse limitate di acqua dolce, aiutano a ridurre il divario tra l'estrazione di acqua dolce e l'approvvigionamento sostenibile, ma nell'approccio "connessione acqua-energia " contribuiscono anche ad aumentare la domanda di energia nel settore idrico . Sebbene la desalinizzazione e il riutilizzo dell'acqua rappresentino meno dell'1% del fabbisogno idrico globale, questi processi rappresentano quasi un quarto del consumo totale di energia nel settore idrico. Entro il 2040, le due fonti dovrebbero rappresentare il 4% dell'approvvigionamento idrico, ma il 60% del consumo energetico del settore idrico. Si prevede che la capacità di desalinizzazione aumenterà in modo significativo in Medio Oriente e, entro il 2040, si prevede che la desalinizzazione rappresenterà oltre il 10% del consumo totale di energia finale in Medio Oriente.
Uno studio israeliano condotto dall'Università Bar-Ilan , dal fondo di assicurazione sanitaria Clalit e dall'ospedale Tel Hashomer nel 2018, ha concluso che "i residenti delle aree che consumano acqua desalinizzata sono sei volte più a rischio. problemi cardiaci, e in particolare quello di morire di un attacco ” rispetto a quelli nelle aree che non consumano acqua desalinizzata. Il motivo è che, a differenza di quella proveniente dalle falde acquifere, l'acqua desalinizzata è priva di magnesio.
Gli scarichi di salamoia, spesso carichi di inquinanti tossici, sono stimati intorno a 141,5 Mm 3 /giorno . Un rapporto pubblicato sulla rivista Science of the total environment all'inizio del 2019 da esperti delle Nazioni Unite ha allertato l'opinione pubblica su questo problema, di fronte allo sviluppo di tecnologie di desalinizzazione con grandi volumi di scarichi. Molto dipendenti da questa modalità di approvvigionamento, Arabia Saudita, Emirati Arabi Uniti, Kuwait e Qatar producono il 32% dell'acqua desalinizzata totale grazie alle loro risorse petrolifere, ma anche il 55% della salamoia. In questa regione arida del globo, la desalinizzazione dell'acqua, prelevata in maniera massiccia dal mare, avviene mediante riscaldamento, processo che produce quattro volte più salamoia per m 3 di acqua desalinizzata rispetto a tecnologie più avanzate, come la filtrazione a membrana, ampiamente utilizzato negli Stati Uniti. L'80% di questi scarichi avviene entro 10 km dalla costa e si accumula nei fondali causando un'aumentata salinizzazione delle acque e degli ecosistemi marini e la scomparsa dell'ossigeno disciolto che rendono difficile, se non impossibile, la vita alla loro flora e fauna.
Molte regioni e paesi che hanno poche o nessuna risorsa di acqua dolce e che si trovano in zone costiere dipendono totalmente o parzialmente da queste tecnologie per la loro acqua potabile .
La produzione dei 15.900 impianti di dissalazione operativi nel 2018 ammonterebbe a 95 Mm 3 (milioni di metri cubi) di acqua dolce al giorno, in 177 diversi paesi; Il 62,3% di questa acqua sarebbe destinata all'uso umano, il 30,2% all'industria e il resto all'agricoltura e all'energia.
fonte | Numero di unità | Capacità (%) |
Medio Oriente | 4826 | 45,3% |
Asia Pacifico | 3505 | 17,5% |
Nord America | 2341 | 11,3% |
Europa occidentale | 2337 | 8,8% |
Altro | 2864 | 12,4% |
Fonte dei dati: Nazioni Unite. |
Nel 2008 sono stati realizzati 13.869 impianti di dissalazione nel mondo, posizionati principalmente intorno al Mediterraneo, intorno al Golfo Persico e alla Penisola Arabica, sulle coste dell'India, del Sud degli Stati Uniti, della Cina, dell'Australia e del Giappone, per un'estrazione totale di 52 milioni di m³ al giorno. La Penisola Arabica (desalinizzazione per distillazione) rappresenta oltre un terzo dei prelievi, il 13% va negli Stati Uniti e l'8% in Spagna.
L' Arabia Saudita (il più grande produttore al mondo, pianta Jubail ), l'UAE (14% della produzione mondiale, 2 e posto dietro l' Arabia Saudita , impianto di Jebel Ali, il più grande al mondo, con una capacità di circa 900.000 m 3 / giorno , impianto Fujairah , l'osmosi inversa fornisce il 20% della loro produzione), ecc. dispongono di notevoli risorse di combustibili fossili. Nel 2015, in Qatar il 99% dell'acqua consumata proveniva dalla desalinizzazione.
Mentre l'Arabia Saudita utilizza principalmente il processo di vaporizzazione, altri paesi hanno ulteriormente sviluppato l'osmosi inversa:
L' Algeria ha 21 impianti di desalinizzazione nel 2019 distribuiti lungo 14 wilaya costiere, fornendo il 17% dell'acqua consumata nel Paese e alimentando 6 milioni di persone; altre due fabbriche sono in cantiere. Il paese prevede di aumentare il numero di impianti di desalinizzazione a 43. Il più grande impianto di desalinizzazione dell'acqua di mare al mondo, utilizzando il metodo dell'osmosi inversa, è stato inaugurato il 10 novembre 2014 a El-Magtaâ nella wilaya di Oran ; con una capacità di 268.000 m 3 / giorno previsto per febbraio 2015, raggiungerà 500.000 m 3 / giorno entro il 2017. Nel marzo 2021, a seguito di disfunzioni ripetuti, sembra che l'impianto non è mai riuscito a raggiungere la potenza massima annunciata. L'impianto è stato realizzato dal gruppo singaporiano Hyflux per conto della Algerian Energy Company (AEC), controllata di Sonatrach .
La società pubblica Saline Water Conversion Corporation (SWCC), creata nel 1974 dal governo dell'Arabia Saudita, produce 4.600.000 m 3 / giorno grazie ai suoi 28 impianti di desalinizzazione, ovvero il 69% della produzione del regno, che a sua volta garantisce addirittura il 22% della produzione di acqua per desalinizzazione nel 2015.
Dopo la messa in servizio nel giugno 2018 dell'impianto Barka 4, il più grande impianto di desalinizzazione dell'acqua di mare nel Sultanato dell'Oman (281.000 m 3 / giorno ), sono operativi o in costruzione 14 impianti di dissalazione nel Sultanato e le gare d'appalto saranno lanciate nel 2019 per tre fabbriche di 600.000 m 3 / giorno in totale.
Gli Stati Uniti sono secondi dietro al Medio Oriente per la filtrazione dell'acqua salmastra. Un impianto di desalinizzazione dell'acqua di mare è stato costruito nel 1993 a Tampa Bay , in Florida , per far fronte alla carenza d'acqua. A 200.000 m 3 / giorno impianto ad osmosi inversa è in costruzione a Carlsbad, a nord di San Diego , in California per fornire il 7% del fabbisogno della contea dal 2016, ad un costo di $ 1.1 / m³ (80 c € / m³) contro 0,60 $ / m³ (43 c € / m³) per l'acqua del Colorado; Sono in corso 17 progetti di impianti di desalinizzazione lungo la costa della California.
Nel settembre 2016, Suez si è aggiudicata un contratto per la costruzione e la gestione per 37 anni di un impianto di dissalazione a Playas de Rosarito , nello stato della Baja California ; la sua capacità dovrebbe raggiungere i 190.000 m 3 di acqua potabile al giorno nel 2020, poi, al termine di una seconda fase di lavori, i 380.000 m 3 nel 2024, che lo renderanno il più grande impianto di dissalazione dell'acqua di mare proveniente dalle Americhe.
In Europa, il più grande impianto di desalinizzazione si trova in Spagna, a El Prat de Llobregat , vicino a Barcellona. È stato aperto nell'agosto 2009. Produce 60 milioni di metri cubi all'anno. Contribuisce a fornire acqua potabile a quasi 4,5 milioni di persone.
A Malta , nel 2017, dei 33.250.732 m 3 di acqua potabile distribuiti, 18.890.081 m 3 sono stati prodotti dalla desalinizzazione in quattro impianti di trattamento, che costituiscono il 57% della produzione di acqua potabile di Malta. La desalinizzazione viene effettuata in quattro impianti con la tecnica dell'osmosi inversa. Il consumo energetico è stimato in 4,76 kWh/m 3 (nel 2016, 4,85 kWh/m 3 ). Il costo di produzione oscilla tra 0,3 e 0,7 euro/m 3 .
Alcuni dipartimenti e territori francesi d'oltremare come Mayotte hanno piccoli impianti di desalinizzazione.
A seguito della creazione nel 2007 di una potente autorità idrica , Israele ha avviato un importante programma per costruire cinque impianti di desalinizzazione ad osmosi inversa che dovrebbero fornire il 70% entro la fine del 2015. il consumo delle famiglie in Israele, che è stato allo stesso tempo ridotto del 20% in un decennio. Israele è così diventato il leader mondiale nella desalinizzazione, con la metà dei consumi domestici, agricoli e industriali già coperti, nel maggio 2015, da acqua prodotta artificialmente (desalinizzazione e riciclaggio).
Israele : stabilimenti ad Ashkelon , Palmachim, Hadera, Sorek, poi Ashdod alla fine del 2015; nel 2016 si prevede che il 75% dell'acqua potabile israeliana proverrà dalla desalinizzazione dell'acqua di mare, secondo la società idrica pubblica Mekorot, rispetto al 30% del 2010. Sorek, il più grande impianto di desalinizzazione dell'acqua di mare al mondo produce da sola il 20%; ha prodotto 624.000 m 3 / giorno dal 2013;
Lo stabilimento di Ashkelon , Israele, produce 320.000 m 3 / giorno , oppure, per un consumo stimato di 250 litri pro capite al giorno, le esigenze di acqua potabile di oltre un milione di persone. Questo Paese persegue l'obiettivo di aumentare la quantità di acqua potabile prodotta dalla desalinizzazione del 25% all'anno, ovvero 57 milioni di metri cubi aggiuntivi, per superare il traguardo dei 300 milioni di m 3 di acqua potabile desalinizzata entro la fine del 2010 .
Nel 2019, un rapporto del Ministero dell'Energia israeliano ha rilevato che lo stabilimento di Sorek aveva manipolato i livelli di cloruro prima che i campioni fossero prelevati e che i dipendenti dello stabilimento di Palmachim avevano falsificato i rapporti. Per 18 mesi, queste due fabbriche situate a sud di Tel Aviv , sulla costa mediterranea, “hanno ingannato il governo”. Lo stabilimento di Sorek, il più grande del Paese e uno dei più grandi al mondo ad operare un impianto ad osmosi inversa , aveva lasciato livelli di cloruro quattro volte superiori a quanto specificato nel contratto di franchising per risparmiare l'equivalente di 10 milioni di euro.
Nel 2019, cinque stabilimenti del Paese producono circa 585 milioni di metri cubi di acqua desalinizzata all'anno, che rappresentano quasi l'80% dell'acqua potabile del Paese.
Israele prevede di costruire un nuovo impianto vicino a quello di Sorek che produrrà 200 milioni di metri cubi di acqua dolce all'anno e dovrebbe soddisfare un quarto del fabbisogno del Paese. È pubblicizzato come “la più grande azienda al mondo nel suo genere. "
La storia della desalinizzazione in Kuwait risale al 1951 quando fu messo in funzione il primo impianto di distillazione. Nel 2001, la capacità di dissalazione era di 1,65 milioni di m 3 / giorno , di cui 1,47 milioni di m 3 / giorno forniti dalla distillazione flash multistadio ( Distillazione flash multistadio (en) - MSF) e 0,17 milioni di m 3 / giorno da osmosi inversa .
Membrane di tipo Turing : le strutture di Turing appaiono su scala nanometrica quando squilibri nelle velocità di diffusione rendono un sistema stabile o quasi stazionario sensibile a disturbi molto deboli ed eterogenei, durante determinate reazioni chimiche, ad esempio quando un inibitore in rapido movimento controlla il movimento di un attivatore più lento. Nel 2018 Tan et al. ha proposto un nuovo tipo di membrane in poliammide , costruite mediante polimerizzazione interfacciale (modalità di polimerizzazione in cui si verificano reazioni all'interfaccia olio-acqua); l'aggiunta di alcol polivinilico alla fase acquosa ha diminuito la diffusione del monomero, generando membrane più complesse (con più rigonfiamenti, vuoti e isole); Controllando le condizioni di reazione all'interfaccia, è stato possibile realizzare sperimentalmente "membrane con struttura a bolle oa tubo" altamente permeabili all'acqua, ma non al sale, tutte membrane disponibili sul mercato.
Questa è una delle nuove possibili applicazioni delle strutture di Turing, di cui si auspicano altre applicazioni in chimica e biologia.