Una nuova tecnologia per il trattamento dell’acqua potrebbe aiutare a riciclare anche le acque estremamente salate

I ricercatori ritengono che la progettazione teorica potrebbe essere il modo più conveniente per trasformare le acque salate in acqua potabile pulita

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I ricercatori ritengono che la progettazione teorica potrebbe essere il modo più conveniente per trasformare le acque salate in acqua potabile pulita

Mentre il cambiamento climatico provoca una grave siccità nel sud-ovest degli Stati Uniti, il paese sta raggiungendo record preoccupanti. Il livello dell’acqua del Lago Mead, che fornisce acqua a milioni di persone, è vicino al livello più basso mai registrato. E in alcuni luoghi, il fiume Colorado che si restringe, che irriga circa 5 milioni di acri di terreno agricolo e disseta oltre 40 milioni di persone, è solo deserto e polvere.

Nel frattempo, a partire dal 2018, circa l’80% delle acque reflue del paese – compresa l’acqua utilizzata in agricoltura, centrali elettriche e miniere – viene riversata nel mondo, non trattata e inutilizzabile, un’occasione sprecata. E sebbene le odierne tecnologie di purificazione, che utilizzano un processo chiamato osmosi inversa, siano ancora il modo più conveniente ed efficiente dal punto di vista energetico per trattare l'acqua di mare e le acque salate sotterranee, l'osmosi inversa convenzionale non è in grado di gestire le acque super salate, quelle che contengono il doppio della quantità di acqua salata. contenuto di sale dell'oceano. Man mano che le riserve idriche statunitensi si riducono (e diventano più salate), il paese non può più permettersi di riversare nel mondo nemmeno le fonti più salate.

Ora, in un nuovo studio pubblicato su Desalination, i membri del consorzio di ricerca National Alliance for Water Innovation (NAWI) hanno analizzato una forma emergente di osmosi inversa, chiamata osmosi inversa a basso rifiuto di sale. Questi nuovi sistemi potrebbero trattare anche acqua altamente salata. Ma il design è così nuovo che è ancora teorico.

Quindi, per capire come queste tecnologie potrebbero competere con altre opzioni di trattamento dell’acqua, il team di ricerca NAWI ha sviluppato un modello matematico che potrebbe, con l’aiuto di un supercomputer, valutare rapidamente il costo, la produzione di acqua pulita e il consumo energetico di oltre 130.000 potenziali sistemi. disegni. I risultati mostrano che, in molti casi, l’osmosi inversa a basso rifiuto di sale potrebbe essere la scelta più conveniente, riducendo potenzialmente il costo complessivo della produzione di acqua pulita fino al 63%.

"L'obiettivo finale di questa ricerca è condurre un'approfondita valutazione tecnico-economica di una nuova tecnologia che non è stata ancora testata nel mondo reale ma che ha il potenziale per consentire la desalinizzazione ad alto recupero dell'acqua", ha affermato Adam Atia, un ricercatore. ingegnere senior presso il National Energy Technology Laboratory e autore principale dell'articolo.

Sebbene alcuni studi abbiano valutato il costo potenziale e l’efficienza dei sistemi ad osmosi inversa a basso rifiuto di sale, questo studio offre un’analisi più completa della loro progettazione, funzionamento e prestazioni. Per comprendere meglio la potenziale promessa di questi sistemi teorici, il team ha utilizzato un supercomputer per perfezionare i progetti più ottimali ed economici. Hanno poi esplorato come questi progetti potrebbero funzionare in centinaia di migliaia di scenari (e non solo in una manciata).

Poiché i sistemi a osmosi inversa a basso rigetto di sale consentono il passaggio di più sale attraverso ciascuna membrana, richiedono meno forza – e quindi meno energia – per spingere l’acqua attraverso. Ma, se riesce a fuoriuscire più sale, l’acqua risultante è, non a caso, ancora troppo salata per essere bevuta. Per produrre acqua potabile, quest'acqua ancora troppo salata viene riciclata negli stadi precedenti della membrana. Una volta che il contenuto di sale è sufficientemente basso, l’osmosi inversa standard può fare il resto, generando acqua potabile di alta qualità.

Tutto questo riciclaggio aumenta la complessità del sistema. Quindi il team aveva bisogno di scoprire: quanti stadi di membrana sono ottimali? Quanti cicli di riciclaggio sono necessari? E quanti costi ed energia aggiungono questi circuiti? Per rispondere a queste domande, i ricercatori hanno potuto calcolare, individualmente, quanta acqua pulita ogni progetto potrebbe produrre da acque con diverse concentrazioni di sale.

"Ci vorrebbe potenzialmente molto, molto, molto tempo per risolverli", ha detto Ethan Young, ricercatore presso il National Renewable Energy Laboratory (NREL) e autore dello studio. "Siamo riusciti a farlo in pochi minuti con il calcolo ad alte prestazioni."