I batteri alimentano il processo di desalinizzazione
Il progetto MIDES, finanziato dall’UE, ha affrontato questa sfida sviluppando e gestendo il primo dimostratore industriale al mondo di una tecnologia rivoluzionaria basata su celle di desalinizzazione microbica (MDC). «Abbiamo utilizzato celle di desalinizzazione microbica come pretrattamento per l’osmosi inversa (OI), consentendo di condurre simultaneamente la separazione del sale e il trattamento dell’acqua», afferma Frank Rogalla, coordinatore del progetto. L’osmosi inversa è il metodo più ampiamente applicato per la desalinizzazione; tuttavia utilizza un’alta pressione che richiede almeno 3 kWh/m3 di acqua di mare, mentre altre tecnologie ne richiedono ancora di più. Per superare questa limitazione, le celle di desalinizzazione microbica collaborano con l’osmosi inversa per il trattamento delle acque reflue e la generazione di energia necessaria per la desalinizzazione. Le celle di desalinizzazione microbica utilizzano specifici batteri bioelettroattivi, denominati Geobatteri, per trasformare l’energia contenuta nella materia organica presente nelle acque reflue in energia elettrica. La differenza di potenziale che si crea tra gli elettrodi provoca la separazione dei sali attraverso le membrane a scambio ionico, consentendo la desalinizzazione dell’acqua di mare e dell’acqua salmastra senza bisogno di energia esterna. «Ciò consente una riduzione del fabbisogno di elettricità di almeno un ordine di grandezza rispetto alla desalinizzazione convenzionale mediante osmosi inversa», spiega Rogalla.
Da laboratorio a impianto pilota
I partner del progetto hanno superato i limiti attuali della tecnologia MDC, quali il basso tasso di desalinizzazione, i costi di produzione elevati, i problemi di bioincrostazioni e incrostazioni sulle membrane e hanno ottimizzato il processo elettrochimico microbico. Ciò è stato ottenuto attraverso un esaustivo processo di ampliamento che coinvolge nuove membrane a scambio ionico anti-incrostazione e nuovi elettrodi a base di carbonio. I ricercatori hanno utilizzato un approccio di economia circolare nelle celle di desalinizzazione microbica utilizzando plastica riciclata per configurare celle e stack. Hanno inoltre progettato modelli di simulazione matematica basati sui risultati sperimentali delle fasi su scala di laboratorio, pre-pilota e pilota del progetto al fine di ottimizzare il processo. Inoltre, sono stati implementati nuovi parametri operativi e protocolli di pulizia della membrana per migliorare le reazioni bioelettriche. A seguito del successo del potenziamento, MIDES ha progettato e costruito due prototipi MDC, ciascuno comprendente una pila di 15 unità MDC con un’area totale di 0,4 m2 per unità. «Entrambi i prototipi possono trattare migliaia di litri di acqua salmastra e acqua di mare al giorno con un consumo energetico molto basso», rivela Rogalla. Il primo impianto pilota MIDES di Denia, in Spagna, ha coinvolto il pretrattamento di acqua salmastra e acque reflue, celle di desalinizzazione microbica e osmosi inversa a bassa pressione. Il secondo sito sull’isola spagnola di Tenerife ha utilizzato celle di desalinizzazione microbica per eseguire la desalinizzazione parziale dell’acqua di mare e osmosi inversa per il successivo post-trattamento al fine di ottenere acqua potabile dall’acqua di mare senza l’uso di energia esterna.
Vantaggi per le comunità rurali e urbane
Sviluppando un sistema combinato di desalinizzazione dell’acqua e trattamento delle acque reflue, MIDES può agevolare l’accesso a basso costo all’acqua potabile sicura in conformità con le normative nazionali e dell’UE. Può anche fornire acque reflue trattate per il riutilizzo nell’irrigazione e nelle applicazioni agricole, alleviando così la pressione sulle risorse attuali. MIDES apre la strada a impianti decentralizzati di minore capacità, che purificano le acque reflue con un bilancio energetico positivo. Ciò significa che con l’aiuto delle celle di desalinizzazione microbica, questa tecnologia può essere implementata in siti industriali remoti, fattorie e comunità rurali con alimentazione limitata. Inoltre, MIDES può avvantaggiare i siti costieri dotandoli di impianti di trattamento delle acque reflue completi che generano elettricità e desalinizzano l’acqua all’interno di sistemi di gestione e controllo intelligenti. «Il successo di MIDES è altamente significativo perché le popolazioni sono in crescita, soprattutto nelle zone costiere, e sono urgentemente necessarie strategie per fornire acqua potabile sostenibile, accessibile e di alta qualità per tutti», conclude Rogalla.
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