ACQUA POTABILE DALL'ARIA

Il progetto SEAS qui descritto si è classificato al primo posto della categoria “Ricerca” del Premio Innovazione 4.0 promosso nell’autunno 2016 nell’ambito dell’11a edizione di A&T. Al progetto hanno partecipato centinaia di aziende, università e startup che hanno proposto idee e casi applicativi utili per favorire l’introduzione delle tecnologie innovative e del modello Industria 4.0 nelle imprese.

di Rinaldo Bravo e Angelo Crisci (*)

Nell’era dominata dai social, ognuno di noi si sarà almeno una volta imbattuto in un post o in un articolo che trattasse il problema della crisi idrica e della scarsità di acqua potabile nel mondo. La mancanza d’acqua è un grave problema: l’85% circa della popolazione mondiale vive in zone aride. Indicativamente, 1 miliardo di persone non ha alcun accesso all’acqua potabile e 3,4 milioni di persone muoiono ogni anno per la mancanza di questa indispensabile risorsa. Una situazione destinata a peggiorare in maniera direttamente proporzionale alla crescita della domanda di acqua, che aggraverà ulteriormente il quadro generale. Contribuiscono a questa pericolosa sistuazione l’inquinamento, il cambiamento climatico, il deterioramento delle infrastrutture e l’eccessivo sfruttamento delle risorse a oggi disponibili.

ACQUA DI QUALITÀ DALL’ARIA

Se analizziamo un processo naturale come quello del ciclo dell’acqua, è possibile evidenziare come il 22% del vapore acqueo ritorni sotto forma di precipitazione piovosa, non in maniera uniforme, sulla superficie terrestre. Il vapore acqueo risulta essere una fonte inesauribile che si rigenera molto velocemente. Partendo da questi elementi, SEAS, acronimo di Société de l’Eau Aérienne Suisse, società di ricerca e sviluppo ingegneristico nata nel gennaio 2014, con sede a Riva San Vitale, nel Canton Ticino in Svizzera, ha sviluppato e realizzato i sistemi AWA MODULA, Air to Water to Air, capaci di “catturare” oltre il 60% dell’umidità presente nell’atmosfera trasformandola in acqua potabile di alta qualità.

La tecnologia proprietaria consente di produrre acqua dall’aria ovunque, senza bisogno di fonti già esistenti da trattare quali mari, fiumi e laghi. Ciò permette di disporre di una fonte praticamente inesauribile di acqua dove necessita, in modo semplice e veloce. Inoltre, a differenza delle tecnologie normalmente utilizzate per il trattamento di acque esistenti, il sistema AWA MODULA non rilascia impurità nell’ambiente, riduce il CO2 così come il bisogno di costose infrastrutture, evita operazioni di manutenzione, nonché quelle di onerosi e inquinanti trasporti, e, pertanto, non danneggia l’ecosistema locale.

Il sistema SEAS AWA MODULA 250.

APPROCCIO GREEN

AWA MODULA si contraddistingue sul mercato per un approccio green al problema idrico che il mondo sta vivendo. Il sistema ottimizza infatti l’equilibrio tra produzione di acqua e consumo energetico e salvaguarda l’ambiente. I dispositivi AWA MODULA possono essere alimentati da celle solari, energia eolica o da qualsiasi altra fonte di energia rinnovabile, producendo una grande quantità di energia termica che, a sua volta, può essere “sfruttata” per risparmiare energia, azzerando il costo operativo. Oltre al bene primario “acqua sana e di qualità”, AWA MODULA apporta un contributo importante nell’ambito “Energy Saving”: consente infatti di fornire energia termica per il riscaldamento, aria fresca e secca per il condizionamento e la deumidificazione e l’abbattimento di CO2, il tutto da un’unica fonte energetica e con il risparmio di oltre il 60% sull’energia utilizzata.

SEAS propone oggi una gamma completa di macchinari in grado di produrre da 250 a 10.000 l di acqua al giorno e impianti da 50.000 a 200.000 l/giorno. La qualità dell’acqua viene garantita real time attraverso: il monitoraggio della qualità chimica e sanitaria dell’acqua; il controllo on-site e in remoto delle funzionalità dell’impianto; il monitoraggio in tempo reale della durata dei consumabili; la registrazione e l’archiviazione degli allarmi relativi agli errori.

Oltre che sul prodotto, lo stesso controllo è garantito per il sistema, attraverso il monitoraggio e l’archiviazione dei dati relativi a: produzione d’acqua; consumi energetici; monitoraggio della temperatura e dell’umidità ambiente; monitoraggio dell’energia termica per l’acqua calda. Grazie a questi dati, il team SEAS è in grado di controllare a distanza lo stato di usura, gli intervalli di manutenzione del sistema e la sostituzione dei consumabili.

AWA MODULA 250 con alimentazione da fotovoltaico.

UN APPLICAZIONE ESEMPLARE

Tra le diverse applicazioni installate da SEAS, significativa è quella del l’hotel Viva a Villahermosa, in Messico. La società ha fornito all’hotel il sistema AWA MODULA 250 HWAC, configurazione che consente di produrre acqua potabile di alta qualità dall’aria per un quantitativo di 2.500 l al giorno, in condizioni di temperatura a 30 °C e con il 70% di umidità relativa, garantendo il riscaldamento di acqua sanitaria, aria fresca primaria e acqua fredda con un’unica spesa energetica. Il sistema AWA MODULA, pertanto, con un’operazione di revamping è stato integrato nell’impiantistica dell’hotel per fornire acqua potabile di qualità, per uso diretto e imbottigliamento, aria primaria fresca per le lavanderie e al fine del riscaldamento di acqua sanitaria per la clientela.

Durante lo studio preliminare sono stati analizzati i dati emersi a seguito di un sopralluogo tecnico e delle specifiche richieste del cliente. L’hotel dispone di 154 camere doppie, occupate mediamente per il 70% nell’arco dei 12 mesi, con un consumo di circa 308 bottiglie da mezzo litro al giorno; in Messico, il costo di una bottiglia d’acqua da mezzo litro è di circa 7 pesos. Il fabbisogno di acqua potabile da parte del personale e della cucina è di circa mille litri al giorno; il costo dell’acqua da rete idrica è di circa 1,4 pesos per un litro. Inoltre, per un consumo calcolato di circa 43.000 l di acqua calda al giorno, un litro di GPL costa 7,47 pesos e per 1 kWh di corrente elettrica si spendono circa 0,8243 pesos.

Per soddisfare le richieste del cliente, i tecnici SEAS hanno calcolato che il sistema AWA MODULA in 18 h di lavoro al giorno, anziché 24 h, è in grado di rispondere alle esigenze in termini di volume d’acqua potabile, acqua calda sanitaria e aria fresca. Il sistema AWA MODULA integrato è stato monitorato per tre mesi. Sulla base dei dati raccolti, e tenendo debitamente conto degli errori di misura dello strumento, sono stati ricavati i seguenti risultati relativi all’integrazione del sistema AWA MODULA: consumo energetico medio di 0,491 kWh/l; produzione giornaliera di acqua quotidiana in 24 ore di lavoro: 1.595 l; consumo energetico giornaliero nelle 24 h di lavoro: 783 kWh; risparmio medio giornaliero di GPL: 210 l; flusso d’aria fresco medio fornito: circa 8.000 m3/h.

Dall’analisi dei risultati è emerso che le richieste del cliente sono state pienamente soddisfatte: i proprietari dell’hotel hanno infatti preferito far funzionare il sistema 24 ore su 24, impiegando tutta la produzione di acqua potabile in eccesso per la cucina. SEAS ha effettuato un’analisi economica dei costi sostenuti, considerando l’effettiva quantità di acqua consumata prima dell’installazione del sistema AWA MODULA. È stato registrato un consumo di: 1.436 l di acqua da rete idrica al giorno, al costo di 1,4 pesos/l, per un totale di 2.010,40 pesos/giorno; 154 l di acqua in bottiglia, al costo di 7 pesos/l, per un totale di 1.078 pesos/giorno; 210 l di GPL consumati al giorno per il riscaldamento di acqua a uso sanitario, al costo di 7,47 pesos/l, per un totale di 1.568 pesos/giorno. Pertanto, per soddisfare il fabbisogno in termini di acqua potabile e acqua calda sanitaria, l’hotel spendeva in media 4.656 pesos/giorno.

Installazione del sistema SEAS AWA MODULA 250 all’hotel Viva a Villahermosa, in Messico.

RISULTATI OTTIMALI

La stessa analisi economica è stata effettuata anche dopo l’integrazione del sistema SEAS. L’AWA MODULA 250 HWAC fornisce: 1.590 l/giorno di acqua potabile; 31.376 l/giorno di acqua calda a uso sanitaria, a una temperatura di 38 °C. Il tutto con un consumo energetico di 783 kWh, il cui costo è di 645,4 pesos al giorno, considerando il prezzo di 0,8243 pesos per i kWh di corrente elettrica.

Quando detto ha generato al cliente un risparmio giornaliero di 4.010,6 pesos e un risparmio annuale di 1.278.579 pesos, pari a 72.440 $, deducendo i costi di manutenzione, solo per la fornitura di acqua potabile e di acqua calda a uso sanitario. Va però considerato anche il contributo energetico indotto dall’aria fresca e asciutta, che può essere utilizzata nelle camere degli ospiti e negli ambienti comuni e/o in cucine, lavanderie e così via. È stato calcolato il risparmio energetico raggiunto usando l’aria fresca “SEAS”, anziché quella proveniente da un sistema di condizionamento d’aria tradizionale. Per trattare 8.000 m3/h e passare da 26,6 °C al 76% a 23 °C al 55%, un sistema di condizionamento tradizionale (EER 3) richiede una potenza di circa 18,57 kW. Il risparmio di energia elettrica con il sistema AWA MODULA è oltre i 162.673 kWh, che significa altri 134.091,35 pesos/anno risparmiati, con un incremento del risparmio per il cliente a 80.037 $ anno, 7.597 $/anno + 72.440 $. Se si considera che attraverso l’utilizzo del sistema SEAS è possibile evitare l’installazione di un sistema di condizionamento tradizionale, il risparmio dell’investimento cresce di ulteriori 25.000 $ circa.

In conclusione, attraverso l’integrazione del sistema AWA MODULA 250 nella configurazione HWAC, il cliente ha ottenuto: un rinnovamento dell’impianto, acqua potabile di alta qualità e batteriologicamente pura, il risparmio dell’intera quantità di GPL necessaria per riscaldare l’acqua sanitaria; aria fresca per le camere degli ospiti, ambienti comuni, cucine, lavanderie; il tutto per un conseguente risparmio energetico ed economico pari a 80.037 $/anno. Grazie alla produzione di AWA MODULA e al suo risparmio energetico, il ritorno dell’investimento avviene entro tre anni circa, generando un margine positivo per i 20 anni successivi minimi di vita del macchinario SEAS.

IL PREMIO INNOVAZIONE 4.0

Il Premio Innovazione 4.0 è stato ideato nell’autunno 2016, nell’ambito dell’11a edizione di A&T, in collaborazione con le principali Associazioni Imprenditoriali: il comitato scientifico ha selezionato 97 contributi di particolare rilievo, costruendo così un programma informativo di concreta utilità che ha portato ulteriore valore aggiunto ad A&T, svoltasi a Torino, dal 3 al 5 maggio di quest’anno, la manifestazione espositiva italiana dedicata alle tecnologie e soluzioni innovative in ottica 4.0.

I protagonisti dei progetti e dei casi applicativi di successo concorrenti al Premio Innovazione 4.0 hanno collaborato al raggiungimento di un ambizioso obiettivo: mettere a disposizione del mondo produttivo e della ricerca opportunità di trasferimento tecnologico in ottica d’innovazione di prodotto e processo. Con queste premesse, A&T ringrazia sia le centinaia di aziende, startup, università, scuole e ITS che hanno partecipato presentando le loro testimonianze, sia la rivista TECN’È che ha voluto dare il giusto risalto a questa innovativa e utile esperienza.