Acqua Dolce dalla Nebbia Marina: La Mia Scommessa Vinta sulla Desalinizzazione Sostenibile ed Economica

Ragazzi, parliamoci chiaro: l’acqua dolce sta diventando un lusso. La popolazione mondiale cresce a dismisura e le nostre riserve d’acqua potabile sono già al limite. Pensate che solo il 3% dell’acqua sul nostro pianeta è dolce, il resto è mare! Ecco perché trovare modi alternativi per ottenere acqua buona da bere e per irrigare è diventata una delle sfide più grandi per noi ricercatori. La desalinizzazione dell’acqua marina è una strada promettente, d’altronde l’oceano è una fonte praticamente illimitata.

La Sfida Globale della Sete

La carenza d’acqua è un problema serio che affligge quasi 3,7 miliardi di persone. E le previsioni non sono rosee: entro il 2050 saremo 2 miliardi in più su questo pianeta. Continuare a sfruttare le fonti attuali senza criterio potrebbe portarci a un disastro ecologico. Si stima che entro il 2050, solo il 58% della popolazione mondiale avrà acqua a sufficienza, mentre il resto dovrà fare i conti con scarsità o stress idrico. È fondamentale, quindi, trovare soluzioni intelligenti, efficienti e, possibilmente, economiche.

La Mia Idea: Umidificazione-Deumidificazione con un Tocco di Nebbia

Negli ultimi anni, una tecnologia chiamata Umidificazione-Deumidificazione (HDH) ha attirato parecchio interesse. È un processo affascinante perché funziona a basse temperature, può sfruttare energie rinnovabili come il solare o il geotermico e non richiede tecnologie super complesse. Immaginate il ciclo naturale della pioggia: l’acqua evapora, forma nuvole e poi ricade come pioggia. L’HDH fa qualcosa di simile: umidifica l’aria facendola passare attraverso acqua calda (nel nostro caso, salata) e poi la deumidifica raffreddandola per far condensare il vapore acqueo, ottenendo così acqua dolce.

Ma io volevo fare un passo in più. Mi sono chiesto: e se potenziassimo la fase di umidificazione usando una tecnica di “fogging”, cioè creando una nebbia finissima di acqua salata calda? L’idea è che goccioline più piccole evaporino più facilmente e più velocemente, rendendo il processo più efficiente. E perché non integrare tutto con un sistema di raffreddamento e, soprattutto, alimentare il tutto con energia solare fotovoltaica per renderlo davvero sostenibile e a basso costo?

Mettersi all’Opera: L’Esperimento in Egitto

Così, ci siamo messi all’opera. Abbiamo costruito un prototipo sperimentale presso la Facoltà di Ingegneria dell’Università del Canale di Suez, a Ismailia, in Egitto. Un luogo perfetto, vista la latitudine e la disponibilità di sole. Il sistema combina un’unità di condizionamento dell’aria (per il ciclo di raffreddamento e per pre-riscaldare l’aria), un sistema di riscaldamento ad induzione (super efficiente per scaldare l’acqua salata) e, ovviamente, il nostro innovativo sistema di “fogging”.

Abbiamo usato degli ugelli speciali, piccolissimi (da 0.1 a 0.3 mm di diametro), capaci di spruzzare l’acqua salata calda ad alta pressione (fino a 60 bar) creando una nebbia finissima all’interno di un condotto verticale. L’aria, già riscaldata dal condensatore del sistema di condizionamento, incontra questa nebbia, si carica di umidità e poi passa attraverso due stadi di deumidificazione (uno scambiatore di calore e l’evaporatore del condizionatore) dove il vapore condensa in acqua dolce purissima. Il tutto alimentato da pannelli solari!

Abbiamo testato il sistema per mesi, variando un sacco di parametri:

• La temperatura dell’acqua salata in ingresso (da 30°C a 80°C)
• La salinità dell’acqua (da 12.000 ppm, acqua salmastra, a 34.000 ppm, tipica acqua marina)
• La portata d’aria
• La portata d’acqua nebulizzata
• La dimensione degli ugelli (0.1, 0.2 e 0.3 mm)
• La temperatura dell’acqua di raffreddamento

L’obiettivo era capire come queste variabili influenzassero la quantità di acqua dolce prodotta, la sua qualità (cioè la salinità residua) e l’efficienza energetica del sistema (misurata con un parametro chiamato GOR – Gain Output Ratio).

Risultati Sorprendenti: Numeri che Parlano Chiaro

E i risultati? Beh, sono stati davvero incoraggianti! Abbiamo scoperto che la tecnica del “fogging” funziona alla grande.

Produttività al Top: Con gli ugelli da 0.3 mm, siamo riusciti a produrre fino a 25.08 litri all’ora di acqua dolce partendo da acqua marina (34.000 ppm) e addirittura 25.39 L/h con acqua leggermente meno salata (12.000 ppm). Questo è un risultato notevole per un sistema di questo tipo!

Qualità dell’Acqua: Qui entra in gioco la dimensione dell’ugello. Con gli ugelli più piccoli, da 0.1 mm, la salinità dell’acqua prodotta scende drasticamente. Siamo arrivati a soli 500 ppm partendo da 12.000 ppm (un’acqua quasi potabile!) e a 1500 ppm partendo da 34.000 ppm, soprattutto scaldando l’acqua a 80°C. Riducendo il diametro dell’ugello da 0.3 a 0.1 mm, la salinità si è abbassata di circa il 33-35%! Quindi, ugelli più piccoli significano acqua più pura.

Il Compromesso: C’è un però. Gli ugelli più piccoli, pur dando acqua più pura, riducono la quantità totale prodotta. Passando da 0.3 mm a 0.1 mm, la produttività è calata di circa il 55-56%. È un classico compromesso: vuoi più acqua o acqua di qualità superiore? La bellezza del nostro sistema è che possiamo scegliere l’ugello giusto in base alle necessità.

Efficienza Energetica (GOR): Anche qui, gli ugelli più grandi (0.3 mm) hanno dato i risultati migliori, con un GOR che ha raggiunto quasi 8.8. Questo significa che il sistema sfrutta molto bene il calore immesso per produrre acqua dolce.

Il Fattore Temperatura: Come previsto, scaldare di più l’acqua salata (fino a 80°C) e raffreddare di più l’aria umida (fino a 18°C) migliora sia la quantità che la qualità dell’acqua prodotta.

Un Costo Incredibilmente Basso

Ma la vera ciliegina sulla torta è il costo. Grazie all’efficienza del processo e all’uso dell’energia solare, abbiamo calcolato un costo per litro d’acqua prodotta bassissimo:

• Con ugelli da 0.3 mm: 0.0088 dollari al litro (meno di un centesimo di euro!)
• Con ugelli da 0.2 mm: 0.0137 $/L
• Con ugelli da 0.1 mm: 0.0268 $/L

Questi costi sono assolutamente competitivi, se non inferiori, a quelli di altri sistemi di desalinizzazione solare su piccola scala studiati finora. Questo rende la nostra tecnologia particolarmente attraente per applicazioni reali, specialmente in aree remote o dove i costi energetici sono un problema.

Perché Questo Sistema è Speciale?

Riassumendo, cosa rende questo approccio così promettente?

• Alta Produttività: Grazie al “fogging” e all’integrazione con il sistema di raffreddamento.
• Flessibilità: Possibilità di scegliere tra massima produttività (ugelli grandi) o massima purezza (ugelli piccoli).
• Basso Costo: Sia iniziale che operativo, grazie all’efficienza e all’energia solare.
• Sostenibilità: Utilizzo di energia rinnovabile.
• Robustezza: Il sistema HDH gestisce bene anche acque molto saline.
• Semplicità Relativa: Non richiede membrane costose o processi ad altissima pressione come l’osmosi inversa.

È una soluzione ideale per fornire acqua dolce in zone costiere, desertiche o remote, dove le infrastrutture sono limitate.

Non Ci Fermiamo Qui: Prossimi Passi

Certo, c’è sempre spazio per migliorare. La ricerca futura potrebbe concentrarsi sull’ottimizzazione ulteriore dei parametri, sullo studio dell’influenza delle condizioni ambientali (umidità e temperatura esterna), sulla durabilità a lungo termine dei materiali, sull’implementazione di sistemi a “zero scarico liquido” (per recuperare anche il sale) e sullo sviluppo di modelli commerciali compatti e ancora più efficienti. Potremmo anche esplorare sistemi di accumulo energetico per garantire un funzionamento continuo.

Insomma, la strada per trasformare l’acqua salata in una risorsa accessibile e sostenibile è ancora lunga, ma credo fermamente che tecnologie integrate come questa, che combinano processi efficienti come l’HDH, innovazioni come il “fogging” e l’energia pulita del sole, rappresentino una speranza concreta. È stata una scommessa, ma i risultati ci dicono che siamo sulla strada giusta per dare una risposta efficace alla crescente sete del nostro pianeta.

Fonte: Springer