È corsa nel mondo a nuovi metodi di desalinizzazione dell’acqua, per cercare di far fronte al problema globale della salinizzazione dell’acqua dolce. Diverse le tecniche elaborate dalla ricerca per creare più acqua potabile, in parziale sostituzione dell’osmosi inversa: dalla nanofiltrazione ai solventi, passando per un modello ispirato agli alberi. Ma la conservazione dell’acqua dolce rimane una insostituibile priorità.
Crescono nel mondo i livelli di salinità nell’acqua dolce. Un problema non da poco per la nostra sopravvivenza, che ha scatenato la ricerca di nuovi metodi di desalinizzazione, come racconta un recente articolo pubblicato su Nature.
Secondo gli studi dei ricercatori dell’Università del Maryland, i livelli di sale sono in aumento nei principali corsi d’acqua di tutto il mondo. I motivi sono diversi: dall’innalzamento del livello del mare che spinge il sale nelle falde acquifere costiere, all’eccessiva estrazione di acque sotterranee in altri luoghi che attira acque più profonde e più salate nelle falde, ma anche attività umane, come lo sghiacciamento delle strade, il lavaggio dei vestiti e la concimazione dei campi, che inquinano le acque di superficie con molti tipi di sale. Problema a cui si aggiunge quello, correlato, del carico crescente delle salamoie di scarto, le acque reflue salate prodotte da una serie di industrie e dagli stessi impianti di desalinizzazione, costose da smaltire.
I rischi per la salute
L’acqua molto salata non è salutare per l’uomo, gli animali e le piante. Bere acqua di mare, che contiene circa il 3,5% di sale, per lo più cloruro di sodio, può bloccare i reni ed essere fatale. Le acque sotterranee salmastre, che contengono circa lo 0,1-1% di sale, vengono in genere desalinizzate prima di essere bevute. Non esiste un limite concordato per un livello sicuro di sale nell’acqua potabile. L’Organizzazione Mondiale della Sanità suggerisce per l’acqua potabile livelli di sodio inferiori a 200 milligrammi per litro (0,02%) e livelli di cloruro inferiori a 250 mg per litro (0,025%).
Desalinizzazione dell’acqua, osmosi inversa il metodo standard
Ecco perché, a fronte di una crescente necessità di desalinizzare per fare fronte alla scarsità di acqua dolce, si stanno sperimentando nuovi metodi di desalinizzazione. Un gran numero di impianti di desalinizzazione del mondo, soprattutto quelli sulle coste del Golfo in Medio Oriente, utilizza un metodo standard, ma molto energivoro, che consiste nel riscaldare l’acqua di mare per farla evaporare e poi condensare il vapore.
Negli anni 60 è emersa una tecnica più efficiente dal punto di vista energetico, l’osmosi inversa, che è oggi lo standard di riferimento per gli impianti di desalinizzazione e utilizza la pressione fisica per forzare le molecole d’acqua attraverso minuscoli pori di una sottile membrana, lasciando indietro gli ioni salini disciolti.
Il problema è che l’osmosi inversa ha un limite: man mano che si estrae acqua dolce, le acque di partenza diventano sempre più saline, rendendo sempre più difficile continuare il processo di separazione. Si tratta di un “problema ineludibile”, secondo Christopher Fellows, chimico della Saline Water Conversion Corporation (SWCC) di Jubail, in Arabia Saudita. Tutte le forme di desalinizzazione lasciano una salamoia di scarto che deve essere gestita.
Desalinizzazione dell’acqua, in Arabia Saudita si sperimenta la nanofiltrazione
La SWCC, di proprietà del governo, sta costruendo in Arabia Saudita un impianto dimostrativo per raccogliere cloruro di sodio, oltre ad altri sali, dagli scarti della desalinizzazione dell’acqua di mare, sfruttando l’opportunità di ottenere entrate supplementari producendo al contempo più acqua dolce. L’impianto, che dovrebbe essere inaugurato alla fine di quest’anno a Haql, utilizza una tecnica di selezione dei sali chiamata nanofiltrazione.
Come l’osmosi inversa, la nanofiltrazione funziona spingendo le molecole d’acqua attraverso una membrana, ma questa ha pori più grandi che permettono anche il passaggio di alcuni ioni salini: gli ioni salini disciolti con una sola carica elettrica, come sodio, potassio e cloruro, possono attraversare la barriera, mentre quelli con due o più cariche, come magnesio e calcio, rimangono indietro. La sfida principale dell’SWCC è produrre cloruro di sodio sufficientemente puro per il mercato dei cloro-alcali.
La fase finale dell’impianto SWCC prevede la bollitura della salamoia fino alla cristallizzazione del cloruro di sodio puro. Questa fase è però molto energivora e il team di Fellows ha iniziato a esplorare altre strategie, tra cui la desalinizzazione per congelamento, partendo dal fatto che il ghiaccio marino è composto da acqua dolce nonostante l’acqua di mare sia salata. Un’opzione interessante, perché per congelare l’acqua ghiacciata occorre un settimo dell’energia necessaria per far evaporare l’acqua bollente.
Desalinizzazione dell’acqua, nuove tecniche basate sull’elettricità
Molti gruppi si stanno concentrando su una strategia alternativa che utilizza l’elettricità, anziché la pressione, per fare il lavoro di separazione. Viene utilizzata una corrente elettrica per tirare gli ioni di sale disciolti attraverso membrane specializzate nello scambio ionico, che permettono il movimento degli ioni in una sola direzione. I ricercatori si aspettano che questa tecnica sia utile per pre-diluire le salamoie estremamente salate, in modo che l’osmosi inversa convenzionale possa poi essere utilizzata per tirare fuori più acqua dolce.
In una variante di queste tecniche basate sull’elettricità, il team di Shihong Lin, un ingegnere ambientale presso la Vanderbilt University di Nashville in Tennessee, ha provato a lasciare che le concentrazioni di ioni salini che attraversano le membrane a scambio ionico si accumulassero fino a formare cristalli solidi. Questo tentativo di cristallizzare i sali senza far evaporare l’acqua ha funzionato bene per alcuni sali, come il solfato di sodio, ma non per il cloruro di sodio, il sale più abbondante nelle salamoie di scarico.
Desalinizzazione dell’acqua, alla Columbia University si lavora sui solventi
È basata, invece, sui solventi chimici la ricerca del team dell’ingegnere ambientale Ngai Yin Yip della Columbia University, per evitare sia l’evaporazione che l’uso di membrane. Potrebbe dare buoni risultati la diisopropilammina, un solvente di largo consumo. Che galleggia sulla salamoia e, a basse temperature, aspira selettivamente le molecole d’acqua, lasciando la maggior parte degli ioni salini.
Mentre a temperature più elevate, espelle l’acqua che ha assorbito, così l’acqua può essere recuperata e il solvente usato nuovamente. Yip afferma che il suo team ha utilizzato questo metodo per recuperare acqua dolce da campioni di salamoia fino a dieci volte più salati dell’acqua di mare, un compito impossibile per l’osmosi inversa standard. La tecnica potrebbe aiutare le industrie che cercano di riciclare l’acqua dalle salamoie di scarto.
Desalinizzazione dell’acqua, un metodo ispirato al funzionamento degli alberi
Completamente diverso l’approccio adottato da Jason Ren della Princeton University nel New Jersey e dai suoi colleghi, ispirato agli alberi. Gli alberi sono in grado di aspirare l’acqua per diversi metri, emettendo vapore acqueo pulito dalle loro foglie e intrappolando i composti disciolti nei loro tessuti. La ricerca del team imita gli alberi utilizzando lunghe stringhe di fibre con un’estremità che assorbe l’acqua salata.
Quando la salamoia sale verso l’alto, i sali vengono separati sfruttando il principio della cromatografia: i diversi composti si muovono a velocità diverse attraverso un mezzo. Il cloruro di litio, è estremamente solubile e di piccole dimensioni, quindi i suoi ioni si muovono rapidamente lungo la stringa, davanti agli ioni di sodio più grandi. Ren ha utilizzato con successo questo metodo per recuperare il litio da campioni di salamoia naturale in Cile, utilizzando meno energia e spazio rispetto all’evaporazione tradizionale. Il team sta progettando un modulo chiuso, che incorpora pile di stringhe, e punta a estrarre il litio dalle salamoie di scarto prodotte dalle operazioni di estrazione del petrolio e del gas, recuperando l’acqua evaporata.
Insostituibile la conservazione dell’acqua dolce
La possibilità che uno di questi progetti prenda veramente piede dipende dall’aspetto economico, precisa l’articolo di Nature. Ma una cosa è certa: il fabbisogno di acqua dolce è in aumento. Affrontare gli attuali limiti della desalinizzazione con nuove tecnologie è importante; non sono però un’alternativa alla conservazione dell’acqua dolce. Che rimane una insostituibile priorità.
