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bIo-mimetic and phyto-techNologies DesIgned for low-cost purficAtion and recycling of water

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Un metodo naturale per trattare le acque sotterranee salmastre in India

Offrendo una soluzione a basso costo e ad alto recupero per estrarre acqua potabile dalle falde acquifere saline, la tecnologia ispirata alla natura del progetto INDIA-H2O, che è anche scalabile ed efficiente dal punto di vista energetico, è in grado di ridurre i rifiuti rendendoli inoltre riciclabili.

Cambiamento climatico e Ambiente icon Cambiamento climatico e Ambiente

Oltre 2 miliardi di persone non hanno ancora accesso ad acqua potabile gestita in modo sicuro. L’arido stato indiano del Gujarat è colpito da un grave problema di carenza idrica, dovendo far fronte all’insufficienza delle acque superficiali e all’aumento della salinità delle acque sotterranee a causa delle attività di estrazione e dell’innalzamento del livello del mare. La tecnologia di desalinizzazione potrebbe consentire la rimozione del sale da queste fonti sotterranee, ma i processi esistenti sono caratterizzati da alta intensità energetica e costi elevati e provocano inoltre danni per l’ambiente. In risposta a questa situazione, INDIA-H2O ha sviluppato un promettente sistema di trattamento idrico che prende ispirazione dalla natura e si alimenta mediante energie rinnovabili. Il progetto è cofinanziato dall’UE e dal Dipartimento indiano per la Scienza e la Tecnologia. «La nostra tecnologia di depurazione idrica, nota come osmosi inversa a lotti ibridi, beneficia di un basso consumo energetico e permette la conversione del 95% dell’acqua contaminata in acqua pulita», afferma Philip Davies, docente di tecnologie idriche presso l’Università di Birmingham e coordinatore del progetto INDIA-H2O.

Tecnologie che imitano la natura

Nel corso dell’osmosi, un processo naturale per cui le molecole d’acqua attraversano una membrana semipermeabile, si può osservare come queste molecole entrano ed escono dalle cellule vegetali e animali. È fondamentale notare che tali membrane fungono da barriera per le altre molecole e particelle (soluti) presenti nell’acqua. INDIA-H2O ha esplorato il trattamento ibrido dell’acqua a osmosi diretta e inversa basato sulla tecnologia delle membrane biomimetiche, che incorpora nuove proteine biologiche per trasportare l’acqua pulita attraverso la membrana. L’osmosi diretta imita il modo in cui l’acqua viene assorbita all’interno delle cellule, mentre quella inversa utilizza la pressione per forzare il passaggio dell’acqua. L’approccio a osmosi inversa di INDIA-H2O, configurato in modo unico per riciclare l’energia utilizzata al fine di pressurizzare l’acqua, è in grado di rimuovere quasi tutto il sale in essa presente senza scaricare grandi quantità di rifiuti liquidi, come avviene di solito con altre tecniche di desalinizzazione. «La pressione richiesta richiede normalmente almeno 1 kWh di elettricità per 1 000 litri di acqua potabile», osserva Davies. «La nostra progettazione, che è dotata di un pistone per lo scambio di pressione, consente di dimezzare questo consumo.» La soluzione di INDIA-H2O è inoltre in grado di rimuovere gli inquinanti emergenti (come i prodotti chimici per l’agricoltura) e di recuperare i reagenti di alto valore delle acque reflue generate dai processi industriali, come i coloranti tessili. Inoltre, le potenzialità di operatività intermittente di questi processi di trattamento delle acque rendono l’energia rinnovabile ideale come fonte di alimentazione. «Il Gujarat, oltre ad essere arido, è anche soleggiato, da cui risulta ovvia l’adozione dell’energia solare», afferma Anurag Mudgal, ricercatore presso la Pandit Deendayal Energy University (PDEU) di Gandhinagar, nella stessa regione indiana. "Il design compatto del sistema lo rende adatto alle comunità rurali dotate di mezzi di sussistenza che sono attualmente minacciati dai cambiamenti climatici.»

Un villaggio pilota

L’approccio di INDIA-H2O è ora in fase di sperimentazione presso il villaggio di Lodhva, nel Gujarat, dove rende al momento possibile la produzione di circa 800 litri di acqua pulita all’ora. La tecnologia è stata installata in una scuola locale per fornire tutta l’acqua potabile che fosse in grado di produrre, nonché presso la PDEU allo scopo di sperimentare l’estrazione su piccola scala di acqua potabile sicura da acque sotterranee salmastre. «Siamo particolarmente entusiasti di sviluppare questi sistemi, molto rilevanti a livello locale, che producono da 7 a 10 metri cubi di acqua potabile al giorno utilizzando solo l’energia solare, o fino a 20 ricorrendo alla rete elettrica. Il loro basso costo, inferiore alle 30 rupie al metro cubo (all’incirca 0,35 euro), li configura come una vera e propria ancora di salvezza per le comunità», aggiunge Mudgal. Il piano prevede di estendere la capacità di questi sistemi per villaggi al fine di includere il recupero di acqua pulita dalle acque reflue rurali di uso domestico. Per dimostrare il potenziale in termini di allineamento ai principi dell’economia circolare di questo approccio, INDIA-H2O sta inoltre sperimentando la coltivazione della salicornia, una coltura commestibile tollerante al sale, utilizzando il sottoprodotto della salamoia derivato dal processo di desalinizzazione. Il progetto sta attualmente esplorando alcune modalità di commercializzazione ed è alla ricerca di finanziamenti comunitari per ulteriori installazioni, con l’obiettivo di fornire al villaggio un nuovo flusso di entrate. Per garantire la sostenibilità e la scalabilità di questi sistemi dimostrativi a livello locale, la loro progettazione e la fornitura delle membrane specializzate sono state condivise con vari produttori indiani.

Dare vita a un ambiente favorevole

Nel 2022 presso la PDEU è stato inaugurato un Centro di eccellenza per il trattamento e la gestione dell’acqua, che offre strutture all’avanguardia per testare l’efficacia delle soluzioni di trattamento idrico. Hanno inoltre già avuto luogo nell’università due conferenze internazionali di successo sulla gestione dell’acqua e ne è prevista una terza per il 2024. L’Università di Birmingham ha concesso una licenza per la tecnologia ibrida di osmosi inversa a lotti ibridi all’azienda spin-out Salinity Solutions, raccogliendo oltre 1,4 milioni di EUR, e ha già raggiunto un accordo con l’impresa britannica Te-Tech Process Solutions per avviare la produzione di soluzioni su misura destinate al trattamento delle acque. Anche i partner del progetto sono al contempo impegnati a sfruttare la tecnologia: l’ente indiano Central Electronics Engineering Research Institute sta attualmente commercializzando le tecnologie di sensori e monitoraggio sviluppate nel corso del progetto, mentre l’azienda danese Aquaporin, che ha realizzato la tecnologia basata sulle membrane biomimetiche a osmosi diretta, è stata quotata al Nasdaq di Copenhagen, raccogliendo 38 milioni di EUR.

Parole chiave

NDIA-H2O, acqua, India, Gujarat, desalinizzazione, sale, membrana, osmosi, salicornia, salamoia, energia solare

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