Ricerca e digitalizzazione: chiave del successo delle soluzioni di dissalazione di Acciona

Pietro Tota – Country Manager Agua Italia

Quando si parla di siccità subito si pensa al periodo estivo, la stagione senza o con poche piogge per eccellenza ed in generale è così. Tuttavia, ad essere ancor più gravi e causa di maggiori conseguenze per l’ecosistema e per la stessa vita degli esseri umani, sono i fenomeni siccitosi del periodo autunnale ed invernale, periodi in cui le falde acquifere, i terreni, le montagne, i ghiacciai (importantissimi grazie al rilascio lento e costante dell’acqua durante la fase di scioglimento) e le fonti di approvvigionamento “convenzionali” dovrebbero essere “rifornite”. Anche se negli ultimi anni tali fenomeni, causati dal cambiamento climatico e dal riscaldamento globale, stanno diventando sempre più frequenti, occorre ricordare che il nostro Paese ne ha subiti frequentemente negli ultimi decenni.

Nell’anno 2000, ancora una volta (dopo le crisi degli anni 60, 70 e 90), la siccità colpì soprattutto il Nord e durò per i primi 70 giorni dell’anno. Su tutto l’arco alpino la neve non fece la sua comparsa. In Sicilia, e in gran parte del Sud Italia, nel 2001 non piovve tutta l’estate e tutto l’autunno, e a partire da dicembre un grave episodio di siccità colpì le regioni settentrionali, specie quelle di Nordovest, dove non piovve mai se non in due singole occasioni per il passaggio di due veloci perturbazioni, una a metà gennaio e una a fine febbraio.

In quegli anni alcuni governi regionali, tra cui la Puglia e la Sardegna, decisero di iniziare a sviluppare studi di fattibilità sulla dissalazione ad osmosi inversa, arrivando a proporre una decina di dissalatori, per lo più sulle fasce costiere, che potessero sopperire al fabbisogno idropotabile, supportando le fonti di approvvigionamento convenzionali. Tuttavia, per una serie di ragioni, i progetti, a differenza di quanto succedeva nella vicina Spagna, che aveva creduto e sviluppato la dissalazione sin dagli anni 70, non furono mai portati avanti.

Oggi la Spagna è leader in Europa nella dissalazione con 2 miliardi e 171 milioni di metri cubi di acqua dissalata, pari al 68% della quantità complessiva in Europa, oltre ad essere il 4° paese al Mondo dopo i paesi del Golfo Persico e gli Stati Uniti per capacità installata. La Spagna esporta nel Mondo la tecnologia di dissalazione dell’Osmosi Inversa. Ne è un esempio ACCIONA, attiva nella dissalazione in Medio Oriente (oltre che in Spagna ed Australia), con la realizzazione di 6 impianti di dissalazione in Arabia Saudita – 3 dei quali già completati (Al Khobar-1 e Al Khobar-2 e Shuqaiq 3) –, oltre a 2 impianti di dissalazione negli Emirati Arabi Uniti (Fujairah e Jebel-Ali), 3 impianti in Qatar (Umm Al Houl 1, Umm Al Houl 2 e Ras Abu-Fontas), uno a Hong Kong (Tseun Kwan O) e un altro in Messico (Los Cabos).

Con una produzione di più di 5,5 milioni di m³ al giorno di acqua dissalata, mediante più di 85 impianti costruiti in tutto il Mondo, e fornendo acqua potabile a più di 28 milioni di persone, ACCIONA ha realizzato nell’ultimo decennio 6 degli 8 impianti di dissalazione costruiti in Italia, tra cui il più grande attualmente funzionante con una portata di 150 l/s, ovvero 15 mila m³ al giorno, al servizio della Raffineria di Sarroch del Gruppo SARAS, insignito della Distinction nel 2018 a Parigi, dal Global Water Intelligence, come Miglior Impianto di Dissalazione ad uso industriale nel Mediterraneo.

Un impianto unico nel suo genere per l’utilizzo di tecnologie di ultima generazione (tra cui alcune brevettate da ACCIONA), che consentono all’impianto un consumo energetico specifico eccezionalmente basso ed un elevato fattore di conversione, con una forte vocazione alla Sostenibilità.

ACCIONA, infatti, nell’ambito del suo impegno per la sostenibilità e l’accesso all’acqua, ha lanciato il progetto LIFE INDESAL, il cui obiettivo è:

• aumentare l’efficienza energetica della dissalazione dell’acqua di mare
• generare energia rinnovabile dalla salamoia
• infine trasformare quest’ultima in reagenti chimici necessari all’interno del processo stesso di dissalazione, dando concretezza al paradigma di economia circolare e di sostenibilità nel campo della dissalazione.

Attualmente, gli sforzi dei programmi di Ricerca, Sviluppo ed Innovazione nel campo della dissalazione sono focalizzati sulla riduzione del consumo specifico di energia e dell’uso di prodotti chimici.

In tal senso il progetto LIFE INDESAL, coordinato da ACCIONA, compie un ulteriore passo avanti. Non solo cerca di ridurre il consumo specifico di energia e di reagenti chimici, ma propone anche la generazione di energia rinnovabile e prodotti primari dal flusso della salamoia in uscita dall’impianto. In questo modo è possibile allineare il processo di dissalazione al concetto di Economia Circolare, considerando l’acqua di mare come fonte di risorsa e contribuendo al raggiungimento dell’Obiettivo di Sviluppo Sostenibile 6: “garantire la disponibilità dell’acqua e la sua gestione sostenibile”, perfettamente in linea con l’impegno di ACCIONA per la Sostenibilità.

• Diminuire il consumo energetico specifico della dissalazione ad osmosi inversa di ulteriori 0,2 kWh/m³ rispetto alla convenzionale.
• Produrre energia rinnovabile sfruttando l’energia contenuta nel flusso di salamoia, riducendo così il fabbisogno energetico esterno fino a 0,1 kWh/m³
• Ridurre le emissioni di gas serra fino al 7% mediante una maggiore efficienza energetica associata al processo di osmosi inversa e fino al 3,5% grazie alla produzione
  di energia rinnovabile.
• Convertire la salamoia di scarto in soluzioni acide e alcaline con una concentrazione sufficiente ad essere reimpiegate per il processo di dissalazione.
• Migliorare le modalità di pulizia dell’osmosi inversa, riducendo del 20% il consumo di detergenti.
• Dimostrare i vantaggi della soluzione LIFE INDESAL rispetto al processo tradizionale di dissalazione mediante osmosi inversa e promuovere la sua replicabilità e trasferibilità ad altri settori.

• Osmosi inversa ad alta efficienza energetica basata su una configurazione multistadio a bassa pressione (Low pressure multistage reverse osmosis, LMS RO).
• Elettrodialisi inversa (Reverse electrodialysis, RED) per ricavare energia dal gradiente salino della salamoia di scarto (tecnologia brevettata da ACCIONA).
• Elettrodialisi con membrane bipolari (Electrodialysis with bipolar membranes, EDBM) per il trattamento della salamoia al fine di generare prodotti chimici da utilizzare nel processo di dissalazione.

Grazie all’integrazione di questi tre processi, LIFE INDESAL si propone di ottenere acqua, energia, e materie prime con un’impronta di carbonio inferiore a quella generata dal processo convenzionale. Il progetto si svolge presso un impianto pilota (avente una portata di 10 m3 all’ora) su scala preindustriale, altamente ingegnerizzato, equipaggiato delle più moderne strumentazioni di analisi ed automatizzato, funzionante in continuo (24 ore su 24, 7 giorni su 7) presso il Leading Experimental Accelerator in Desalination (LEAD®) di ACCIONA, situato presso l’impianto di dissalazione di San Pedro del Pinatar II (Murcia, Spagna).

• Maggiore efficienza energetica nella dissalazione dell’acqua di mare e produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili, oggi considerati prodotti di scarto. Considerando come riferimento un impianto di dissalazione ad osmosi inversa della capacità di 450.000 m3/giorno, la configurazione LIFE INDESAL ridurrebbe i consumi energetici di 49 GWh/anno, equivalenti a una riduzione di 12.508 t CO2/anno.
• Trasformazione della salamoia in prodotti chimici necessari nel processo di dissalazione stesso, rendendo l’impianto autosufficiente nel consumo dei reagenti chimici necessari per la pulizia CIP e la regolazione del pH (risparmio stimato di oltre 4.000 t/anno di prodotti chimici).

• il Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biomolecolare dell’Università della Cantabria (Spagna)
• APRIA Systems, spin-off dell’Università della Cantabria
• REDStack, uno spin-off olandese di WETSUS
• REVOLVE entità belga per la comunicazione delle nuove tecnologie sostenibili.

Il progetto è partito a settembre 2022 presso il Centro Tecnologico dell’Acqua ACCIONA (Barcellona, Spagna), e ad oggi i risultati ottenuti sono estremamente incoraggianti. La Piattaforma (LEAD®) di ACCIONA, utilizzata per il progetto LIFE INDESAL, utilizza più di dieci impianti pilota che coprono tutte le fasi del processo di dissalazione e consente di testare tutte le nuove tecnologie sostenibili che ACCIONA utilizza nei propri impianti di dissalazione.

Il LIFE DREAMER consiste principalmente in un pretrattamento di filtrazione granulare specificatamente progettata per l’adsorbimento del fosforo dall’acqua di mare, un sistema di filtrazione-decantazione in grado di trattare un alto contenuto di solidi in sospensione degli effluenti generati nei controlavaggi di pretrattamento, un sistema di ossidazione avanzato per il trattamento delle portate di lavaggio chimico (cleaning in place, CIP) e un processo di trattamento della salamoia basato su nanofiltrazione e distillazione su membrana.

Grazie all’elevato grado di strumentazione digitale installata ed al know-how acquisito da ACCIONA, i dati registrati vengono elaborati utilizzando strumenti di data analysis e big-data che consentono la modellazione dei processi, facilitandone l’ottimizzazione e ottenendo modelli predittivi del loro comportamento.

Grazie alla modellizzazione dei processi ed i modelli predittivi messi a punto, ACCIONA ha completato ad oggi diversi Digital Twin, come ad esempio quello dell’impianto di dissalazione di Al Khobar I in Arabia Saudita – impianto che produce 210.000 m3 al giorno – realizzato in collaborazione con Siemens, nel Water Control Center (CECOA) di ACCIONA, un centro di Intelligenza Artificiale in grado di gestire da remoto gli impianti di dissalazione realizzati.

Questi ed altri progetti di ricerca e sviluppo contribuiscono a far sì che le soluzioni offerte da ACCIONA si distinguano nel settore.