Abstract Con l'aggravarsi del cambiamento climatico globale e della crescita demografica, desalinizzazione dell'acqua di mare è diventata una soluzione fondamentale per la sicurezza idrica nelle regioni aride. Questo articolo prende come punto di partenza la tecnologia dell'osmosi inversa, analizza sistematicamente il principio di funzionamento della desalinizzazione dell'acqua di mare e ne discute i vantaggi tecnologici, i benefici ambientali e il valore economico in combinazione con casi tipici e dati autorevoli in tutto il mondo. L'articolo cita l'ultimo rapporto dell'International Desalination Association (IDA) e di altre organizzazioni per mostrare il percorso dell'innovazione tecnologica attraverso confronti multidimensionali, fornendo una base scientifica per la gestione sostenibile delle risorse idriche.
L'osmosi inversa (RO) è attualmente la tecnologia di desalinizzazione più diffusa, il cui fulcro consiste nel far passare l'acqua di mare attraverso membrane semipermeabili ad alta pressione. Come mostrato nell'impianto di desalinizzazione di Perth, il processo consiste in tre fasi:
L'MSF (Multi-stage flash) evapora e condensa l'acqua di mare depressurizzandola passo dopo passo. Prendiamo come esempio il progetto Jubail III dell'Arabia Saudita, la cui capacità di 900.000 tonnellate al giorno si basa sul calore di scarto delle centrali nucleari, migliorando l'utilizzo dell'energia di 40%. Rispetto alla RO, la MSF è più adatta a essere combinata con progetti di cogenerazione (Tabella 1).
Confronto tra le principali tecnologie di desalinizzazione e la civiltà del territorio.
| Indicatori | Osmosi inversa (RO | Vaporizzazione flash multistadio (MSF) |
|---|---|---|
| Consumo di energia (kWh/m³) | 3-4 | 10-15 |
| Salinità applicabile | 35.000 ppm | 50.000 ppm |
| Costi di investimento | Medio Basso | Alto |
| Complessità della manutenzione | Basso | Alto |
L'Arabia Saudita ha costruito la più grande rete di desalinizzazione al mondo grazie alla sua “Vision 2030”, producendo oltre 7 milioni di metri cubi di acqua dolce al giorno, di cui 60% prodotti con tecnologia RO. Il progetto Tawil negli Emirati Arabi Uniti (capacità produttiva giornaliera di 900.000 tonnellate) adotta moduli a membrana in acciaio inossidabile duplex resistenti alla corrosione sviluppati da CEC, con un tasso di desalinizzazione di 99,9%.
La Cina ha già costruito progetti di riferimento come Zhoushan Liuheng Island (36.000 tonnellate al giorno) e Qingdao Dongjiakou (100.000 tonnellate al giorno), ecc. La base di desalinizzazione della Baia di Bohai, che entrerà in funzione nel 2025, adotterà la tecnologia accoppiata “energia nucleare + RO” e si prevede che la fornitura annuale di acqua raggiungerà i 120 milioni di metri cubi.
La salinità della salamoia concentrata desalinizzata può raggiungere i 70.000 ppm, richiedendo una miscelazione oceanica accelerata attraverso i diffusori. Il progetto di Ashkelon, in Israele, utilizza un sistema di scarico a più punti per ridurre il gradiente di salinità fino a un massimo di 3% di acqua marina naturale.
Il progetto NEOM New City in Arabia Saudita integra la generazione di energia fotovoltaica e l'accumulo di energia per gravità per ridurre il consumo energetico della RO a 2,8 kWh/m³. Secondo le stime dell'IDA, se l'industria mondiale della desalinizzazione applicasse completamente le energie rinnovabili, le emissioni annuali di carbonio potrebbero essere ridotte di 120 milioni di tonnellate.
Il sistema FO-MBC sviluppato dal MIT utilizza la differenza di pressione osmotica per guidare la desalinizzazione, con un consumo energetico 30% inferiore rispetto alla RO. La membrana di grafene ha un'efficienza di schermatura degli ioni 5 volte superiore a quella dei materiali convenzionali ed è ora in fase pilota. .
Le imprese mediorientali estraggono bromo, magnesio e altri elementi dalla salamoia concentrata, con un valore aggiunto di $0,5/m³. Il complesso “desalinizzazione-sale chimico” costruito da SWCC in Arabia Saudita recupera più di 2 milioni di tonnellate di cloruro di sodio all'anno.
Il progetto DEWA di Dubai regola la pressione e la portata delle membrane in tempo reale grazie ad algoritmi di intelligenza artificiale, prolungando la vita delle apparecchiature di 20%. La sua piattaforma gemella digitale simula le fluttuazioni di capacità in climi estremi e migliora la risposta decisionale di 50%.
Negli ultimi dieci anni, il costo della desalinizzazione RO è sceso da US$1,5/m³ a US$0,5/m³. Si prevede che il mercato globale della desalinizzazione supererà i $30 miliardi di dollari entro il 2027, con un tasso di crescita dell'8,4%.
La tecnologia di desalinizzazione, dal laboratorio all'industrializzazione, non solo ha ridisegnato il modello delle risorse idriche delle zone aride, ma ha anche generato innovazioni trasversali nel campo dell'energia verde, dei nuovi materiali e del controllo intelligente. Con i progressi tecnologici e il sostegno delle politiche, questa impresa scientifica e tecnologica di “chiedere l'acqua al mare” continuerà a dare energia allo sviluppo sostenibile dell'umanità. Come ha detto il presidente dell'Associazione Internazionale dell'Acqua, “l'ingegneria della desalinizzazione non è un'opzione, ma una necessità: è il collegamento blu tra la civiltà dell'oceano e la civiltà della terra”.”
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