I modelli di cambiamento climatico e la crescita della popolazione indicano una crescente scarsità di risorse di acqua dolce, ma una nuova ricerca suggerisce che dissalazione di acque salmastre salmastre potrebbe aiutare ad alleviare il problema.

Condotto dai ricercatori del MIT, lo studio fornisce un'analisi approfondita della quantità di energia richiesta per desalinizzare varie composizioni di acque sotterranee salmastre e dei suoi potenziali usi negli Stati Uniti e all'estero.

La ricerca è pubblicata sulla rivista Ricerca sull'acqua.

Cos'è l'acqua salmastra salmastra?

L'acqua salmastra salmastra è acqua che contiene più salinità dell'acqua dolce, ma non tanto quanto l'acqua di mare.

La quantità di acque salmastre salmastre negli Stati Uniti è di circa 800 volte superiore alla quantità totale di acque sotterranee ritirate a livello nazionale, ma meno dell'1% delle riserve idriche della nazione proviene da questa fonte. Invece, circa un quinto dell'acqua potabile degli Stati Uniti proviene da acque sotterranee.

Ma secondo i ricercatori, l'uso di una minima parte dell'acqua abbondante e salmastra negli Stati Uniti potrebbe migliorare notevolmente le prospettive per le comunità affamate di acqua.

"Gli Stati Uniti hanno acque sotterranee più salmastre rispetto alle acque sotterranee. E gran parte della falda freatica del mondo viene pesantemente utilizzata, al punto che molte falde acquifere di acqua dolce stanno mostrando segni di declino ", ha detto John Lienhard, direttore del Abdul Latif Jameel Laboratorio mondiale per la sicurezza dell'acqua e alimentare al MIT.

Fino a poco tempo fa, tuttavia, le acque salmastre salmastre sono state una risorsa ampiamente trascurata.

Indagine su una nuova fonte d'acqua

La ricerca è iniziata in 2015 quando Lienhard ha incontrato uno scienziato del US Geological Survey (USGS) in una conferenza e ha appreso della collezione dell'agenzia di oltre i campioni di acqua sotterranea 100,000 dai pozzi.

"Ero affascinato e mi sono chiesto cosa sappiamo su come la composizione delle acque sotterranee influenzi il processo di desalinizzazione", ha detto Lienhard in una nota.

Ha discusso la questione con Yvana Ahdab, una studentessa del MIT e co-autrice del giornale, che lo ha ricercato e ha scoperto che, sebbene ci siano state numerose analisi sulla composizione dell'acqua marina in tutto il mondo, non ci sono stati studi comparabili per le acque sotterranee.

Ciò è probabilmente dovuto al fatto che la composizione delle acque sotterranee varia in modo più ampio rispetto all'acqua di mare, sia nella salinità che nella concentrazione di altre sostanze come calcio e solfato.

Indipendentemente da ciò, i ricercatori hanno deciso di analizzare il set di dati USGS e capire come la composizione salmastra salmastra potrebbe influenzare la desalinizzazione.

Analizzando le composizioni

L'acqua di mare è la principale fonte per i sistemi di desalinizzazione esistenti, quindi la tecnologia è stata principalmente sviluppata e messa a punto per le composizioni dell'acqua di mare.

E poiché l'acqua salmastra è così diversa, i ricercatori erano interessati a osservare i limiti teorici di come sarebbe possibile ridurre l'energia necessaria per desalinizzare l'acqua salmastra che ha una composizione particolare.

Usando la termodinamica, una scienza che si occupa della relazione tra calore ed energia, i ricercatori hanno studiato in che modo le diverse composizioni di acque salmastre salmastre influenzerebbero l'energia necessaria per la desalinizzazione.

"La termodinamica ci consente di studiare in che modo le diverse miscele di sali influiscono sull'energia necessaria per separare l'acqua dolce dall'acqua salata", ha affermato Lienhard. "Questa modellizzazione termodinamica ci dice il minimo possibile di energia necessaria - come se avessimo un sistema di dissalazione perfettamente efficiente. Abbiamo anche esaminato i numeri per l'hardware reale in modo da poter valutare la stanza per il miglioramento tecnologico. "

I ricercatori hanno scoperto che le composizioni rientrano in cinque classi: alcune sono dominate dal cloruro di sodio, dal bicarbonato di sodio o dal solfato di sodio, mentre altre sono dominate dal bicarbonato di calcio o dal solfato di calcio, hanno spiegato.

Hanno determinato che le acque sotterranee dominate dal sodio richiedono maggiore energia per desalinizzare rispetto a quelle dominate dal calcio, mentre quelle dominate dal cloruro richiedono più energia di quelle dominate dal solfato.

Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che il grande vantaggio di dissalare le acque sotterranee salmastre piuttosto che l'acqua di mare è il tasso di recupero. La desalinizzazione dell'acqua di mare produce in genere metà del suo volume in acqua dolce, ma la dissalazione di acqua salmastra può produrre fino al 90% di acqua dolce, secondo i ricercatori.

Analizzando le posizioni

Dopo aver analizzato le composizioni, il team ha anche mappato le posizioni delle sorgenti salmastre salmastre potenzialmente utilizzabili nelle regioni che stanno subendo gli stress maggiori sulle forniture idriche.

I risultati indicano molte località, tra cui la California meridionale, l'Arizona e le aree del Midwest settentrionale.

Sebbene il set di dati più completo fosse basato su pozzi statunitensi, il team ha anche esaminato altre serie di campioni da regioni in Asia, Australia, Europa, Nord America e Sud America, e ha scoperto che le tendenze statunitensi di acqua salmastra trattabile sono probabilmente replicabili in molte parti del mondo.

Conclusione

Le informazioni sulle composizioni di acque salmastre salmastre, abbinate a mappe di sorgenti salmastre salmastre in tutto il paese, possono aiutare a guidare i piani per lo sviluppo di nuove risorse idriche, secondo i ricercatori.

I ricercatori stanno continuando a studiare le acque salmastre salmastre e sperano che la risorsa sarà presto utilizzata come mezzo per espandere i rifornimenti di acqua dolce.  

"La crescita della popolazione e un clima più caldo e più variabile rappresentano sfide senza precedenti per le nostre città, le aziende agricole e l'industria", ha affermato Lienhard. "L'uso sostenibile delle acque salmastre salmastre, attraverso la desalinizzazione, può aiutare a espandere i nostri rifornimenti di acqua dolce. Questo approccio può essere una componente di una strategia di gestione idrica integrata per le molte parti del mondo minacciate dalla carenza idrica ".