Sappiamo che il consumo eccessivo, l'attività industriale e la crescita della popolazione mondiale sono alcuni dei fattori che minacciano l'accesso all'acqua potabile per una proporzione crescente di persone in tutto il mondo. Secondo i dati UNESCO del 2012, quasi 700 milioni di persone soffrono di un accesso limitato all'acqua e tale numero potrebbe salire a 1,8 miliardi entro il 2025. La desalinizzazione e il trattamento delle acque reflue industriali possono produrre grandi quantità di acqua potabile, e questi metodi sono già utilizzati in molti paesi e regioni come gli Emirati Arabi Uniti, Arabia Saudita, Cina, Europa e Stati Uniti. Tuttavia, i sistemi esistenti sono costosi e consumano molta energia. Jeff Ong, dal Laboratorio di sintesi e catalisi inorganica dell'EPFL, ha sviluppato una macchina per il trattamento dell'acqua che combina i vantaggi di tutte le principali tecnologie attualmente in uso offrendo prestazioni migliorate. Per esempio, il prototipo rimuove più del 99,9 percento del sale dall'acqua di mare con lo stesso rendimento ma utilizzando meno energia. Il sistema sarà testato in condizioni reali quest'anno.

Aumento della produttività

La principale tecnologia di desalinizzazione su larga scala utilizzata oggi è l'osmosi inversa. Quando due liquidi identici separati da una membrana semipermeabile hanno una diversa concentrazione di sale o altri minerali, quello con la concentrazione più bassa passa attraverso la membrana finché ogni liquido ha la stessa concentrazione. Per invertire questo processo naturale e quindi massimizzare la quantità di acqua dolce, la pressione viene applicata al liquido più concentrato in modo che scorra attraverso la membrana di filtrazione verso il lato dell'acqua potabile. La tecnica utilizza una quantità relativamente elevata di elettricità (circa 4-5 kWh/m3) e le membrane si deteriorano rapidamente, come altri componenti, consumato dalle particelle minerali. Devono essere puliti chimicamente più volte all'anno e sostituiti molto frequentemente. "Ciò si traduce in costi di manutenzione elevati per i produttori, " dice Ong. Tuttavia, il concetto di desalinizzazione utilizzato dallo spin-off EPFL utilizza membrane in materiale idrofobo inerte, si consumano meno rapidamente e possono essere riciclati a basso costo.

Evaporazione dell'acqua mediante elementi di recupero del calore

Per massimizzare la separazione del sale, che il prototipo EPFL aumenta a oltre il 99,9 percento, Ong ha messo insieme una serie di moduli di dissalazione basati sull'evaporazione. Per affrontare il principale punto debole del sistema, il consumo di energia, ha apportato diversi miglioramenti tra cui il recupero del calore interno e un trasferimento di calore più efficiente. Riducendo la pressione, l'acqua può essere portata ad ebollizione ad una temperatura inferiore a 80°C. Il vapore prodotto viene raffreddato e recuperato come acqua dolce. Il resto del liquido, che contiene il sale rimanente, passa in un'altra cella con pressione ancora più bassa, e così via. Gli elementi di recupero del calore vengono utilizzati per preriscaldare e vaporizzare l'acqua salata rimanente, senza utilizzare energia dall'esterno del sistema. In ogni fase, il vapore prodotto viene raffreddato e l'acqua dolce risultante viene recuperata. L'evacuazione dell'acqua dolce avviene tramite dispositivi scambiatori di calore posizionati in modo da raffreddare l'impianto. Riutilizzando il calore che altrimenti andrebbe perso, E-METS ha un'impronta di carbonio molto inferiore rispetto a un sistema termico convenzionale. "Questi principi di evaporazione e flusso di raffreddamento sono comunemente impiegati nell'industria nucleare, " spiega Ong. "Siamo i primi ad applicare il concetto nel campo della separazione delle acque".

Trattamento di acqua molto salata

I recenti miglioramenti in questo prototipo ibrido hanno anche portato a risparmi di tempo, perché ora il rendimento è fino al doppio di quello dei sistemi ad osmosi inversa. Inoltre, il nuovo sistema ha il vantaggio di poter gestire concentrazioni di sale molto elevate, oltre 200 g/l, che sono il doppio rispetto alle tecnologie di separazione termica standard e più di quattro volte quelle dell'osmosi inversa. Si possono trovare concentrazioni di sale così elevate, Per esempio, nelle soluzioni di scarto prodotte dagli impianti di osmosi inversa.

Il mercato della desalinizzazione dovrebbe valere 27,4 miliardi di dollari nel 2025, con il mercato dell'acqua e del trattamento delle acque per un valore complessivo di 675 miliardi di dollari. L'avviamento, Aqualife Global, è attualmente costituita per commercializzare la tecnologia E-METS. La modularità del sistema permette di adattarlo alla quantità di acqua da trattare. Quest'anno, i co-fondatori intendono sviluppare una versione che si adatti a un container, rendendolo facile da trasportare e permettendogli di essere installato dove è più necessario. Oltre ad essere utilizzato per desalinizzare l'acqua di mare, il sistema può essere collegato ad impianti ad osmosi inversa, aiutandoli a produrre maggiori volumi di acqua potabile desalinizzata. I co-fondatori vedono anche molte altre potenziali applicazioni, come il trattamento delle acque reflue dell'industria mineraria, e più specificamente per l'estrazione del litio, e la rimozione dello zolfo dalle acque reflue prodotte dalle società di produzione di energia elettrica. Il sistema potrebbe essere utilizzato anche per il trattamento delle acque reflue prodotte dalle industrie agroalimentare e petrolifera e del gas.