Acqua: un brevetto per ridurre consumi, energia e costi della depurazione

Dalla ricerca dell'ENEA sul trattamento delle acque di scarico, importanti risparmi sui consumi energetici totali, minori costi di gestione e maggiore efficienza dei processi depurativi per impianti di depurazione medio-piccoli (l'80 % degli impianti). E nuove tecnologie per trasformare l'impianto di depurazione in un sistema di produzione di energia.

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L'ENEA presenta un innovativo sistema per la gestione automatizzata degli impianti di depurazione delle acque reflue, che consente risparmi del 36 % sui consumi energetici totali, e del 15 % sui costi di gestione, oltre a garantire una maggiore efficienza dei processi biologici di rimozione degli inquinanti.

Prima di essere scaricate nei corpi idrici recettori, le acque reflue devono essere depurate, perché spesso contengono concentrazioni molto elevate di inquinanti, come ammoniaca, azoto e fosforo. Il sistema brevettato dall'ENEA, attraverso l'utilizzo di sonde, consente un controllo automatizzato di completa rimozione dell'azoto, efficiente e a costi contenuti.

Il brevetto verrà presto applicato su un impianto in piena scala, e consente anche una gestione semplificata dei sistemi di aerazione (responsabili del 75 % dei consumi), riducendo fino al 60 % l'aria utilizzata nelle vasche di trattamento delle acque.

L'invenzione è stata messa a punto nel Centro Ricerche ENEA di Bologna, e si colloca nel più ampio contesto della ricerca di soluzioni per ridurre i consumi energetici e i relativi costi di smaltimento delle acque reflue. Secondo l'EPA (Environmental Protection Agency), l'Agenzia statunitense per la protezione dall'ambiente, il 3 % dell'intero consumo di energia elettrica degli Stati Uniti è legato al trattamento delle acque reflue.

In Italia, l'Autorità per l'Energia Elettrica, il Gas e il Sistema Idrico (AEEGSI) valuta in circa 7,5 miliardi di kWh all'anno i consumi del servizio idrico integrato; si tratta del 2,3 % dell'intero fabbisogno nazionale annuo di energia elettrica, e il trend è in aumento.

"I consumi di energia connessi alla gestione dei servizi idrici sono in continuo aumento", sottolinea Luca Luccarini, il ricercatore ENEA autore del brevetto. "Per ridurre i consumi relativi alla depurazione è indispensabile migliorare l'efficienza delle apparecchiature; risultati più efficaci derivano dalla gestione ottimizzata dei processi di trattamento, ed in particolare di aerazione dei reflui".

Ma si può andare anche oltre, trasformando l'impianto di depurazione in un sistema di produzione di energia. "L'ENEA è attiva da anni anche nella ricerca sulle nuove tecnologie per la produzione di energia dagli impianti di depurazione delle acque", commenta Maurizio Coronidi, responsabile del Laboratorio Tecnologie per la gestione integrata rifiuti, reflui e materie prime/seconde dell'ENEA.

"È stata tra i primi in Italia a sostituire i processi depurativi aerobici delle acque reflue con processi anaerobici che, a seguito di una profonda revisione del ciclo di trattamento, immettono energia elettrica in rete".

Il settore del trattamento delle acque offre ulteriori margini di miglioramento che vanno ben oltre il recupero di energia. A patto di adottare approcci innovativi tali da superare l'attuale utilizzo "lineare" delle acque, che prevede il prelievo dall'ambiente, l'utilizzo (una sola volta), e la reimmissione nell'ambiente, di solito con caratteristiche qualitative peggiori di quelle di origine.

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Il problema dell'acqua
In effetti, oggi la parola "acqua" si lega indissolubilmente alla parola "scarsità". A causa della crescita demografica e degli effetti dei cambiamenti climatici, l'acqua dolce accessibile e di buona qualità è una risorsa limitata e molto variabile. In molte zone del globo, l'acqua è contesa tra aree urbane, agricoltura e industria.

Inoltre, il settore energetico si sta evolvendo verso tecnologie sempre più idro-esigenti, come per l'estrazione di petrolio da sabbie bituminose, o per la produzione di bio-combustibili. Questo rende più forte la consapevolezza del nesso che lega l'acqua all'energia (guardate anche il post pubblicato su questo blog: "Energia, acqua, cibo: tre facce di un unico problema").

Secondo gli ultimi dati del Water Exploitation Index (WEI) della European Environment Agency, l'indice che fornisce la più ampia rappresentazione dell'utilizzo dell'acqua in rapporto alla sua disponibilità a lungo termine, oggi la scarsità di acqua affligge anche l'Europa, persino quella settentrionale.

A livello globale si riscontra la stessa tendenza. Secondo il rapporto dell'OCSE "Principi sulla governance dell'acqua" del giugno 2015, ci sono 2,8 miliardi di persone che vivono in aree sottoposte a stress idrico, con una proiezione di 3,9 miliardi al 2030. Inoltre, per il 2050, lo studio stima un incremento del 55 % della domanda di risorse idriche, a fronte di 240 milioni di persone senza acqua potabile.

Il passaggio ad una logica di economia circolare richiede di fissare l'attenzione su tutte le risorse potenzialmente recuperabili dai reflui: in primo luogo l'acqua stessa, ma anche i nutrienti (azoto e fosforo) da impiegare come fertilizzanti in agricoltura, o la produzione di biopolimeri per l'utilizzo come plastiche biodegradabili.

Esistono già numerosi e significativi esempi di pratiche di riutilizzo e recupero idrico tali da massimizzare l'uso della risorsa e, allo stesso tempo, ridurre la richiesta tecnologica per il trattamento. Se volete saperne di più, potete dare uno sguardo al post "7 soluzioni alla crisi idrica che non credevate possibili".