Crisi Idrica Globale e Desalinizzazione

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Introduzione 
 
La crescente scarsità idrica a livello globale è una delle sfide più pressanti del nostro 
tempo, conseguenza dell’incremento dei fattori di domanda combinato agli impatti 
sempre più severi dei cambiamenti climatici sull’equilibrio tra disponibilità e 
fabbisogni idrici. In tale contesto, risorse non convenzionali come l’acqua riciclata 
da reflui civili e industriali e l’acqua desalinizzata sono considerate componenti 
strategiche per incrementare la resilienza dei sistemi idrici e contrastare la 
desertificazione di intere aree del pianeta. La situazione è particolarmente critica 
nelle regioni aride e semi-aride, dove l’agricoltura - responsabile del 70% dei 
prelievi globali - si trova in conflitto con le crescenti necessità dei settori urbano, 
industriale e turistico, accrescendo il rischio di una competizione senza esclusioni 
di colpi per l’accesso all’acqua. Ne è un chiaro esempio il bacino idrografico del 
Segura, nel sud-est spagnolo, afflitto da ricorrenti periodi di siccità che vedono 
agricoltori contrapposti a interessi municipali e turistici. Qui l’utilizzo di acque 
riciclate e desalinizzate ha un ruolo strategico, nonostante permangano numerose 
criticità relative agli elevati consumi energetici, agli impatti ambientali sulle matrici 
suolo, sottosuolo e ambiente marino, ai costi ancora proibitivi per molte produzioni 
agricole, alla mancanza di adeguati livelli di accettazione sociale. Attraverso 
un’analisi della letteratura scientifica sul caso di studio, è possibile far emergere le 
principali questioni ancora aperte per un uso efficiente e sostenibile delle risorse 
idriche non convenzionali, che vanno dal coinvolgimento attivo degli stakeholder 
al miglioramento degli standard qualitativi, dall’implementazione di infrastrutture 
alla mitigazione degli impatti ambientali, dall’abbattimento dei consumi energetici 
allo sviluppo di strategie comunicative e informative dirette alla cittadinanza.
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Permangono inoltre alcuni interrogativi irrisolti, ad esempio relativi alla possibilità 
di utilizzare l’acqua riciclata per mantenere il deflusso minimo vitale nei corsi 
d’acqua episodici tipici in ambienti semi-aridi, o sull’opportunità di ulteriore 
espansione della capacità produttiva degli impianti di desalinizzazione per far 
fronte ai picchi di domanda. Per quanto riguarda le tecnologie di desalinizzazione, 
esse vengono classificate in due categorie principali: i processi termici, che 
sfruttano cicli di evaporazione e condensazione mediante apporto di calore, e i 
processi a membrana, che utilizzano barriere semipermeabili per separare acqua 
dolce e sali disciolti. Tra i primi, i più diffusi su scala commerciale sono la 
distillazione a multiplo effetto (MED) e la distillazione a flash multiplo (MSF). Tra 
i secondi domina l’osmosi inversa (RO), con una quota di mercato di oltre il 75% 
della nuova capacità installata negli ultimi anni. Ciascuna tecnica presenta vantaggi 
e svantaggi, ad esempio in termini di sensibilità alla qualità dell’acqua in ingresso, 
presenza di metalli pesanti, consumi energetici. I processi a membrana richiedono 
generalmente meno energia ma sono più soggetti a problemi di fouling e 
incrostazioni. Per quanto riguarda la gestione della salamoia prodotta come 
sottoprodotto liquido del processo di desalinizzazione, diverse strategie sono 
possibili: scarico in acque superficiali, invio a fognatura, iniezione in falda, 
stoccaggio in bacini di evaporazione, riutilizzo a scopo agricolo previa 
miscelazione con acque dolci. Ognuna presenta impatti ambientali più o meno 
rilevanti, in funzione della capacità del corpo idrico recettore di diluire/disperdere 
il carico salino senza effetti sugli habitat e la fauna locale. Un approccio promettente 
è rappresentato dai sistemi “zero liquid discharge”, che mediante tecnologie 
innovative mirano alla massimizzazione del recupero idrico e alla minimizzazione
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dei volumi residui da smaltire. Vi sono poi le emissioni climalteranti associate ai 
consumi energetici diretti e indiretti, che possono essere ridotte sia agendo 
sull’efficienza dei processi che integrando l’apporto da fonte rinnovabile quali 
solare, eolico e geotermico. Sul fronte dei consumi elettrici, questi sono 
riconducibili soprattutto ai sistemi di pompaggio ad alta pressione necessari per 
vincere la pressione osmotica nell’osmosi inversa, arrivando a pesare per oltre 
l’80% della richiesta energetica totale. Diverse soluzioni mirate al risparmio e 
recupero di energia sono state sviluppate negli anni, tra cui configurazioni 
impiantistiche ottimizzate, sistemi di controllo avanzati, pompe ad alta efficienza, 
dispositivi per il riutilizzo dell’energia residua nel concentrato di sali. Anche lo 
sviluppo di nuovi materiali per le membrane consente di incrementarne le proprietà 
di flusso e rimozione salina, con benefici sul piano del risparmio energetico. Per 
quanto riguarda l’integrazione tra impianti di desalinizzazione e fonti rinnovabili, 
essa consente di ridurre l’impronta carbonica del processo produttivo, 
minimizzando il ricorso ai combustibili fossili. Le risorse più promettenti risultano 
solare, eolica e geotermica, da abbinarsi alla tipologia di desalinizzazione e al 
contesto geografico di riferimento. Ad esempio, l’accoppiamento tra fotovoltaico e 
osmosi inversa sfrutta la complementarietà di produzione elettrica e domanda 
idrica, mentre solare termodinamico e distillazione a multiplo effetto possono 
condividere il vettore termico. Rimangono tuttavia sfide aperte relativamente agli 
elevati costi di alcune rinnovabili, alla variabilità intrinseca di risorse quali vento e 
sole, all’immissione su larga scala in rete dell’energia prodotta. Passando al caso 
dell’industria tessile, anch’essa figura tra i settori più esigenti sul piano dei consumi 
idrici, impiegando in media oltre 100 litri d’acqua dolce per kg di prodotto lavorato.
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Negli ultimi 15 anni l’Unione Europea ha finanziato diversi progetti di ricerca con 
l’obiettivo di sviluppare soluzioni impiantistiche per il riutilizzo delle acque reflue, 
così da ridurre gli emungimenti da falda, diminuire gli scarichi inquinanti e 
aumentare il livello di economia circolare. Ciò tuttavia si scontra con la diffusa 
pratica di utilizzare risorsa idrica di qualità superiore al necessario, non esistendo 
precise linee guida sui parametri chiave per i vari riusi. I sistemi testati combinano 
tecniche quali ultrafiltrazione, nanofiltrazione, trattamenti chimico-fisici, 
bioreattori a membrana e processi di ossidazione avanzata, consentendo la 
rigenerazione del 30-40% dell’acqua impiegata per risciacqui, diluizioni e 
preparazione di bagni di processo. Ciò evita anche problematiche qualitative sul 
prodotto finito. Tuttavia tali implementazioni richiedono infrastrutture complesse 
per la separazione dei vari flussi di refluo, l’accumulo e la distribuzione della risorsa 
rigenerata, con costi talora proibitivi specie per le numerose PMI del comparto 
tessile. Ulteriori sforzi di ricerca, dimostrazione e definizione di criteri standard sui 
parametri chiave risultano pertanto necessari per favorire un’adozione su larga scala 
delle migliori pratiche individuate.
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Capitolo 1 
Comprensione della Crisi Idrica Globale e il Ruolo della Desalinizzazione 
 
1.1 Domanda Globale di Acqua e l’Ascesa delle Risorse Idriche Non 
Convenzionali  
 
La crescente scarsità d’acqua è uno dei problemi più pressanti a livello globale. Si 
prevede che nei prossimi 10 anni sarà necessario più del 160% dell’attuale volume 
idrico complessivo per soddisfare la domanda mondiale. Questa tendenza riflette 
da un lato l’aumento dei fattori dal lato della domanda, guidati principalmente dalla 
crescita demografica, dall’incremento dei livelli di reddito e di urbanizzazione, e 
dall’espansione delle attività economiche ad elevato consumo idrico(Haghighi
 
et al. 
2020)
1
. Dall’altro lato risente dell’impatto dei cambiamenti climatici che stanno 
alterando l’equilibrio tra disponibilità e fabbisogno della risorsa acqua, attraverso 
variazioni nelle caratteristiche e distribuzione delle precipitazioni, aumento 
dell’evaporazione, e moltiplicazione di eventi metereologici estremi come siccità e 
alluvioni. L’agricoltura è di gran lunga il settore più esigente in termini di consumo 
di acqua, assorbendone mediamente il 70%. Ciò è attribuibile al fatto che 
l’irrigazione assorbe tra il 60% e il 90% dell’acqua dolce a seconda del livello di 
sviluppo economico e delle caratteristiche climatiche dell’area geografica(Malekian, 
A
 
 et al 2017)
2
. L’agricoltura necessita pertanto di incrementare la produzione 
alimentare del 60% a livello globale e del 100% nei paesi più poveri per nutrire una 
 
1
 Haghighi, A.T.; Zaki, N.A.; Rossi, P.M.; Noori, R.; Hekmatzadeh, A.A.; Saremi, H.; Klove, B. 2020 
Unsustainability syndrome—From meteorological to agricultural drought in arid and semi-arid 
regions. Water, 12, 838. 
2
 Malekian, A.; Hayati, D.; Aarts, N. Conceptualizations of water security in the agricultural sector: 
Perceptions, practices, and paradigms. J. Hydrol. 2017, 544, 224–232.
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popolazione sempre più numerosa(Crosson, C
 
 et al 2021)
3
. Tuttavia questo obiettivo 
è messo a rischio da eventi meteorologici estremi come ondate di calore e siccità, i 
cui effetti negativi sulle attività agricole e zootecniche minacciano la sicurezza 
alimentare.Anche il turismo grava notevolmente sulla domanda idrica, nonostante 
a livello globale assorba solo l’1% delle risorse idriche nazionali. Ciò è attribuibile 
al fatto che gran parte della domanda turistica tende però a concentrarsi in periodi 
e luoghi secchi e caldi, andando così a sovrapporsi al picco della richiesta idrica da 
parte degli altri settori. In Spagna ad esempio la percentuale della domanda turistica 
sale al 10%, ancora più alta in periodo estivo quando la disponibilità della risorsa è 
minore. Ne deriva una forte competizione tra domanda agricola e urbano-turistica 
che è all’origine di situazioni di scarsità idrica strutturale o permanente. Per far 
fronte alla scarsità idrica si stanno dunque considerando varie risorse “non 
convenzionali”, prime tra tutte l’acqua riciclata da reflui urbani e l’acqua dissalata. 
L’acqua riciclata è considerata una soluzione promettente, con importanti benefici 
ambientali come la riduzione dello stress sulle falde acquifere, grazie al suo utilizzo 
per la ricarica artificiale, il ripristino della carica delle falde sotterranee e la 
riduzione dell’emungimento, il miglioramento dello stato ecologico dei corpi idrici 
superficiali, e la diminuzione dell’uso di fertilizzanti grazie ai nutrienti in essa 
contenuti. Permangono però barriere rilevanti, quali: 
 costi energetici e di implementazione degli impianti; 
 necessità di standard qualitativi adeguati ai diversi utilizzi; 
 
3
 Crosson, C.; Tong, D.; Zhang, Y.; Zhong, Q. Rainwater as a renewable resource to achieve net 
zero urban water in water stressed cities. Resour. Conserv. Recycl. 2021, 164, 105203.