Sostenibilità
Desalinizzazione Sostenibile — Come la Tecnologia Solare Sta Cambiando l’Approccio alle Crisi Idriche
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L’Acqua è Vita
Investitori e tecnologi tendono a concentrarsi sulle risorse naturali e sulle materie prime più preziose o utili, come oro, terre rare e litio. Tuttavia, la nostra civiltà ha bisogno ogni giorno di grandi quantità di una risorsa molto più comune: l’acqua dolce.
Benché in molte regioni arrivi con le precipitazioni, la sua disponibilità è sotto pressione a causa degli impieghi industriali, agricoli e domestici.
Circa il 3% dell’acqua terrestre è dolce, mentre il restante 97% è salato (acqua marina e acque sotterranee saline). Non tutta l’acqua dolce è facilmente utilizzabile: circa il 69% si trova nei ghiacciai e nelle calotte polari, circa il 30% nel sottosuolo e solo una piccola quota è acqua superficiale.
Fonte: USGS
In alcune località le risorse disponibili sono soprattutto saline. La desalinizzazione può renderle utilizzabili, ma richiede energia. I consumi dipendono dalla salinità e dalla tecnologia; molti impianti sono alimentati da reti elettriche che comprendono fonti fossili.
Una nuova soluzione sviluppata da ingegneri del MIT mira a rendere il processo più compatibile con la produzione solare variabile. Lo studio è stato pubblicato su Nature Water con il titolo «Elettrodialisi fotovoltaica ad alimentazione diretta mediante controllo della corrente in funzione della portata».
Desalinizzazione Solare
L’energia solare è una candidata interessante per alimentare la desalinizzazione, soprattutto nelle regioni aride e soleggiate. La radiazione solare non ha un costo di combustibile, ma pannelli, impianti, manutenzione e trattamento dell’acqua comportano spese.
La diminuzione dei costi del fotovoltaico ne ha favorito la diffusione, come illustrato nell’articolo «L’Era Solare—Un Futuro Luminoso per l’Umanità».
La produzione solare varia durante il giorno e si interrompe di notte. Un impianto che richiede alimentazione costante deve quindi ricorrere alla rete, ad altre fonti o all’accumulo. Un’alternativa è adattare il processo alla potenza disponibile e immagazzinare l’acqua prodotta.
L’osmosi inversa usa pressione per far passare l’acqua attraverso membrane che trattengono i sali. Le variazioni di alimentazione richiedono un controllo adeguato per mantenere prestazioni efficienti; ciò non significa che qualsiasi impianto debba funzionare sempre alla stessa potenza.
L’accumulo può aumentare i costi, soprattutto negli impianti isolati. Questo non esclude ogni soluzione piccola o economica, ma rende importante il progetto complessivo. Le prospettive delle batterie sono esaminate in «Il Futuro dello Stoccaggio di Energia—Tecnologia di Batterie su Scala di Utilità». Un’altra strada consiste nell’adattarsi direttamente alle oscillazioni del sole, comprese quelle rapide dovute al passaggio delle nuvole.
Dall’Elettrodialisi Flessibile all’Alimentazione Diretta
I ricercatori del MIT hanno studiato l’elettrodialisi, un’alternativa per trattare acque salmastre. Un campo elettrico sposta gli ioni dei sali mentre l’acqua attraversa una serie di membrane a scambio ionico.
Fonte: Nature Water
Nel primo progetto, un sistema di controllo basato su un modello utilizzava le letture dei sensori per determinare la portata delle pompe e la tensione applicata alle membrane.
La produzione d’acqua poteva così variare seguendo la disponibilità di energia solare.
Fonte: Nature Water
Nel progetto precedente il sistema utilizzava direttamente in media il 77% dell’energia elettrica solare disponibile, circa il 91% in più rispetto alla configurazione convenzionale di confronto. Questo dato riguarda la prima soluzione, non il successivo sistema ad alimentazione diretta.
Ulteriori Miglioramenti
Il primo controllo veniva aggiornato ogni tre minuti e richiedeva ancora una piccola riserva di energia per compensare variazioni rapide. Il lavoro successivo accelerò la regolazione della portata e della corrente, portando l’utilizzo diretto medio dell’energia oltre il 94% e riducendo quasi del tutto la capacità di batteria necessaria.
Potevamo calcolare solo ogni tre minuti, e in quel tempo una nuvola poteva letteralmente passare e bloccare il sole.
Il sistema potrebbe dire, ‘Devo funzionare a questa alta potenza.’ Ma parte di quella potenza è improvvisamente diminuita perché c’è meno luce solare. Quindi, abbiamo dovuto compensare quella potenza con batterie aggiuntive.
Amos Winter – Direttore del K. Lisa Yang Global Engineering and Research (GEAR) Center al MIT
Nel 2024 si trattava di una dimostrazione sperimentale, da sviluppare e verificare ulteriormente prima di una diffusione commerciale. Il gruppo annunciava l’intenzione di costituire un’impresa nei mesi successivi.
Veolia Water Technologies and Solutions (VIE.PA) e Xylem Goulds (XYL ) fornirono inoltre sostegno in natura alla ricerca.
Non Solo Acqua di Mare
Il gruppo si è concentrato sulle acque sotterranee salmastre del New Mexico. Per le comunità interne lontane dal mare, queste risorse possono essere più accessibili dell’acqua marina, ma richiedono trattamento prima dell’uso.
“La maggior parte della popolazione vive effettivamente a una distanza tale dalla costa, che la desalinizzazione dell’acqua di mare non potrebbe mai raggiungerla. Di conseguenza dipendono fortemente dalle acque sotterranee, soprattutto nelle regioni remote e a basso reddito. E sfortunatamente, queste acque sotterranee stanno diventando sempre più saline a causa del cambiamento climatico.”
Jonathan Bessette – Dottorando MIT in ingegneria meccanica
Il prototipo del sistema ad alimentazione diretta è stato provato per sei mesi presso il Brackish Groundwater National Desalination Research Facility di Alamogordo, nel New Mexico. La capacità prevista mirava alle esigenze di una piccola comunità di circa 3.000 persone; il fabbisogno effettivamente coperto dipende dai consumi pro capite e dagli usi considerati.
Non Solo Aree Desertiche
La scarsità d’acqua non riguarda soltanto regioni aride come il New Mexico o l’Arabia Saudita. Anche aree con precipitazioni relativamente abbondanti possono affrontare siccità e problemi di approvvigionamento. Per esempio, il Regno Unito sta valutando l’importazione di acqua dolce dalla Norvegia durante la siccità.
Analogamente, il Canada ha affrontato gravi problemi di accesso ad acqua potabile sicura in alcune comunità delle Prime Nazioni. L’articolo originale richiamava controversie e accordi giudiziari su questo tema, che riguarda infrastrutture, trattamento e accesso, non soltanto disponibilità naturale d’acqua.
Nel frattempo, le carenze idriche di Taiwan minacciano l’industria dei semiconduttori, cruciale per l’economia dell’isola.
Il cambiamento climatico può aggravare diverse crisi idriche, con effetti che variano da regione a regione.
Una maggiore disponibilità d’acqua potrebbe sostenere l’agricoltura in molte aree. L’acqua marina è una risorsa abbondante, ma la sua desalinizzazione e il suo trasporto hanno limiti economici, energetici e ambientali, compresa la gestione della salamoia.
Un’altra possibilità è raccogliere acqua dall’umidità atmosferica. Le prestazioni di questi dispositivi dipendono dal clima, dalla tecnologia e dall’energia disponibile.
Investire nell’Acqua
L’accesso all’acqua potabile e ai servizi igienico-sanitari è stato riconosciuto dalle Nazioni Unite come diritto umano nel 2010. Il settore idrico rappresenta anche un mercato economico rilevante: una stima citata nell’articolo lo valutava in 323 miliardi di dollari nel 2023, con una crescita annua composta prevista del 7,5% fino a circa 617 miliardi nel 2032. Si tratta di una previsione di mercato, non di un risultato garantito.
Il settore dipende dalla disponibilità delle risorse, dagli investimenti nelle infrastrutture e dai costi energetici. Il fotovoltaico e nuove tecniche di trattamento possono migliorare alcune condizioni, mentre siccità e altre pressioni climatiche possono complicarle.
Chi preferisce un’esposizione a più società può esaminare ETF legati all’acqua, come Global X Clean Water ETF (AQWA), iShares Global Water UCITS ETF (IH2O) oppure Amundi MSCI Water ESG Screened ETF (WAT). La diversificazione non elimina i rischi di mercato; struttura, costi e disponibilità vanno valutati per il singolo fondo.
Società che Risolvono le Carenze d’Acqua
Xylem Inc.
Xylem è un grande fornitore internazionale di tecnologie per l’acqua, come la francese Veolia. La presentazione aziendale citata nell’articolo riportava oltre 23.000 dipendenti, di cui più di 6.000 ingegneri, presenza in circa 150 paesi e oltre 35.000 clienti industriali diretti. Sono dati riferiti a quella presentazione, non una rilevazione aggiornata.
XYL Grafico dei prezzi
L’azienda serve soprattutto il mercato municipale dell’acqua potabile e delle acque reflue, ma offre soluzioni anche per sanità, energia, alimenti e bevande, petrolio e gas, microelettronica e altri comparti.
Fonte: Xylem
Xylem fornisce apparecchiature per il trattamento e la gestione dell’acqua, tra cui generatori di ozono, sistemi UV, membrane e soluzioni per acqua ultrapura. Offre inoltre pompe, tubazioni, dosaggio, software e servizi di installazione, manutenzione e riparazione.
Fonte: Xylem
Il mercato dell’acqua resta frammentato. Nella presentazione citata, Xylem stimava una quota di circa il 10% di un mercato indirizzabile servito pari a 80 miliardi di dollari. È una stima aziendale riferita a un perimetro specifico, non all’intera economia mondiale dell’acqua.
La società investe nella ricerca e nello sviluppo. Nuove regole sul trattamento dei PFAS, sostanze per- e polifluoroalchiliche, spesso chiamate «inquinanti eterni», possono aumentare la domanda di soluzioni dedicate. L’effetto commerciale dipende dall’attuazione delle regole e dagli investimenti dei gestori.
Xylem ha registrato un utile netto di 609 milioni di dollari nel 2023. Il margine EBITDA rettificato è stato del 18,9%, rispetto al 17,0% nel 2022. Non si trattava di un margine del 219%.
La domanda di tecnologie idriche può beneficiare di investimenti di lungo periodo e servizi essenziali. Xylem resta però un fornitore industriale, non un gestore di pubblica utilità: risultati e valutazione risentono anche di acquisizioni, cicli di investimento e condizioni economiche.
