Prepararsi alla scarsità d'acqua utilizzando il des ibrido

KIST sviluppa metodi di distillazione a membrana utilizzando l'energia idrotermale e solare. L'obiettivo è massimizzare l'efficienza del sistema attraverso tecnologie di distillazione a membrana personalizzate per le caratteristiche climatiche regionali.

Consiglio Nazionale delle Ricerche di Scienza e Tecnologia

immagine: Confronto tra volume di produzione ed efficienza per diverse composizioni di distillazione a membranavedere di più

Credito: Istituto coreano di scienza e tecnologia (KIST)

L’acqua pulita è essenziale per la sopravvivenza umana. Tuttavia, meno del 3% dell’acqua dolce può essere utilizzata come acqua potabile. Secondo un rapporto pubblicato dall’Organizzazione Meteorologica Mondiale, circa 1 miliardo di persone nel mondo scarseggia di acqua potabile, cifra destinata a salire a 1,4 miliardi entro il 2050.

La tecnologia di desalinizzazione dell’acqua di mare, che produce acqua dolce dall’acqua di mare, potrebbe risolvere il problema della scarsità d’acqua. Presso il Korea Institute of Science and Technology (KIST, presidente: Seok-Jin Yoon), un gruppo di ricerca guidato dal Dr. Kyung Guen Song del Centro per la ricerca sul ciclo dell'acqua, ha sviluppato un modulo ibrido di distillazione a membrana che combina l'energia solare con quella idrotermale pompe di calore per ridurre il consumo di energia termica durante il processo di dissalazione.

L'osmosi inversa e i metodi di evaporazione sono processi di desalinizzazione dell'acqua di mare relativamente comuni; tuttavia, questi metodi possono funzionare solo a pressioni e temperature elevate. In confronto, il metodo di distillazione a membrana produce acqua dolce utilizzando la pressione di vapore generata dalla differenza di temperatura tra l'acqua grezza che scorre e l'acqua trattata separate da una membrana. Questo approccio ha il vantaggio di un basso consumo energetico, poiché l’acqua dolce può essere generata a pressioni di 0,2–0,8 bar, che è inferiore alla pressione atmosferica, e a temperature di 50–60 ℃. Tuttavia, il funzionamento su larga scala richiede più energia termica. Pertanto, sono necessari studi di ricerca per ridurre l’uso dell’energia termica per le operazioni commerciali.

La distillazione su membrana comporta il trasferimento simultaneo di massa e calore (energia). Si divide in una distillazione a membrana a contatto diretto (DCMD) e una distillazione a membrana con traferro d'aria (AGMD) basata sulle modalità applicate al lato acqua trattata della membrana per generare differenze di pressione di vapore, che sono la forza trainante. Per una fornitura ad alta energia, è vantaggiosa la modalità di produzione dell'acqua mediante contatto diretto dell'acqua grezza ad alta temperatura e dell'acqua trattata a bassa temperatura con la superficie della membrana (ad esempio, DCMD). Al contrario, per un approvvigionamento a bassa energia, l’efficienza è maggiore se il calore trasmesso (perdita di calore) è ridotto da traferri, piuttosto che dal contatto diretto tra acqua grezza e acqua trattata (vedere Figura 1). Pertanto, è preferita la modalità che genera acqua mediante condensazione su una superficie fredda e che mantiene traferri d'aria tra la membrana e la superficie di condensazione (cioè AGMD).

Il team di ricerca KIST ha sviluppato una tecnologia di desalinizzazione ibrida conducendo test in loco per 1 mese per confrontare le prestazioni e l'economia del sistema utilizzando l'energia solare e le pompe di calore idrotermali. Quando il sistema funzionava in parallelo con l’energia solare, la produzione aumentava del 9,6% (vedi Figura 2) e il consumo di energia veniva ridotto del 30% (vedi Figura 3) rispetto al metodo di distillazione a membrana che utilizzava solo pompe di calore idrotermali. Inoltre, il confronto del consumo di energia termica in funzione della presenza di energia solare ha dimostrato che l'efficienza del processo dell'impianto di distillazione a membrana è aumentata fino al 17,5% quando l'energia solare è stata utilizzata come fonte di calore aggiuntiva.

Secondo il Dr. Song, "La tecnologia di desalinizzazione ibrida che abbiamo sviluppato può essere considerata un metodo per fornire acqua ad alcuni complessi industriali e aree insulari che affrontano scarsità d'acqua in quanto può ridurre il consumo energetico necessario per generare acqua dolce. Ci aspettiamo che questa tecnologia sia applicato a importanti impianti di approvvigionamento idrico nel Medio Oriente e nel Sud-Est asiatico, dove la quantità annuale di radiazione solare è 1,5 volte quella della Corea." Ha aggiunto: "La distillazione a membrana non è influenzata in modo significativo dalla qualità dell'acqua grezza, quindi sarà possibile fornire acqua potabile alle aree in cui la qualità dell'acqua grezza è stata fortemente contaminata a causa dell'inquinamento dell'acqua e alle aree in cui il rilevamento di metalli pesanti è elevato".