Uno studio sfata il mito degli alti costi della desalinizzazione dell'acqua marina

Per anni, ci è stato detto che la desalinizzazione è troppo energivora e costosa per un uso diffuso. Eppure Elon Musk ha ripetutamente affermato che i costi sono "incredibilmente bassi". Quale prospettiva è più vicina alla realtà? Questa analisi esamina i veri requisiti energetici e i costi della desalinizzazione dell'acqua di mare, rivelando il suo potenziale per affrontare la scarsità globale di acqua.

Questo esame si concentra specificamente sul consumo energetico e sulla fattibilità economica della desalinizzazione, mettendo da parte importanti ma separate preoccupazioni ambientali come lo smaltimento della salamoia. Questo approccio mirato consente una più chiara comprensione della struttura dei costi fondamentali della desalinizzazione.

Per comprendere meglio l'impatto economico della desalinizzazione, esploreremo situazioni ipotetiche estreme, come la fornitura di tutta l'acqua domestica degli Stati Uniti attraverso la desalinizzazione o la fornitura di acqua potabile per l'intera popolazione mondiale. Sebbene irrealistici, questi scenari aiutano a quantificare la scala dei costi della desalinizzazione.

La desalinizzazione moderna utilizza principalmente due metodi:

• Desalinizzazione termica: Riscalda l'acqua di mare per evaporare e separare l'acqua dai sali, quindi condensa il vapore in acqua dolce scaricando la salamoia concentrata.
• Osmosi inversa: Forza l'acqua di mare attraverso membrane semipermeabili sotto pressione, filtrando sali e impurità per produrre acqua dolce.

Sebbene entrambi i metodi funzionino, la desalinizzazione termica consuma da 3 a 5 volte più energia rispetto all'osmosi inversa. Di conseguenza, la maggior parte degli impianti moderni utilizza la tecnologia dell'osmosi inversa, che costituisce la base della nostra analisi.

La tecnologia dell'osmosi inversa ha ottenuto notevoli miglioramenti dell'efficienza. Negli anni '70, la desalinizzazione di un metro cubo di acqua richiedeva circa 20 kWh di elettricità. Oggi, questa cifra è scesa a 2,5-3,5 kWh. Il requisito minimo teorico di energia è di 1 kWh/m³, suggerendo un potenziale per ulteriori progressi.

Per i nostri calcoli, useremo 3,5 kWh/m³ come base conservativa: alcuni impianti operano già al di sotto di questa soglia.

Se tutte le case statunitensi ricevessero la loro acqua attraverso la desalinizzazione, come influirebbe questo sulla domanda di elettricità?

Con un consumo medio di acqua domestica di 1.135 litri al giorno, la desalinizzazione completa aumenterebbe la domanda di elettricità residenziale di circa il 13%. Nel Regno Unito, dove le famiglie usano meno acqua (349 litri/giorno) ma affrontano prezzi dell'elettricità più alti, l'aumento sarebbe di circa il 15%.

L'esame del consumo di elettricità domestica negli Stati Uniti rivela che il fabbisogno annuo della desalinizzazione (1.450 kWh) è paragonabile a quello dei principali elettrodomestici come i deumidificatori, rimanendo significativamente inferiore all'uso di scaldabagni, sistemi di riscaldamento o condizionatori d'aria.

Mentre 1.450 kWh all'anno potrebbero essere gestibili per le nazioni ricche, questo supera il consumo totale di elettricità di molte famiglie del mondo in via di sviluppo. Anche soddisfare lo standard minimo di acqua dell'OMS (50 litri/persona/giorno) attraverso la desalinizzazione richiederebbe 64 kWh all'anno, equivalenti al consumo di elettricità pro capite del Malawi.

Questa disparità evidenzia la povertà energetica globale più che le intrinseche esigenze energetiche della desalinizzazione.

Considerando che gli esseri umani hanno bisogno di soli 3 litri al giorno per bere (consentendo un certo spreco), la fornitura a tutti gli 8 miliardi di persone richiederebbe 31 TWh all'anno, solo lo 0,1% della produzione globale di elettricità. Anche se un terzo dell'umanità dovesse affrontare carenze di acqua potabile, il fabbisogno annuo sarebbe di circa 10 TWh.

Soddisfare lo standard idrico di base completo dell'OMS (50 litri/persona/giorno) a livello globale richiederebbe 511 TWh all'anno, circa l'1,7% della produzione mondiale di elettricità.

Oltre alle spese energetiche, la desalinizzazione su larga scala richiede ingenti investimenti di capitale, spesso la barriera maggiore per molte nazioni, simile ai progetti di energia rinnovabile in cui i costi iniziali superano l'accessibilità a lungo termine.

Gli attuali costi globali di desalinizzazione variano tipicamente da $1-2,5 per metro cubo, sebbene casi eccezionali come l'impianto Sorek B di Israele raggiungano $0,41/m³, con uno studio di 107 impianti che identifica $0,27/m³ come il costo più basso.

Alle tariffe industriali statunitensi dell'elettricità (~$0,09/kWh), il solo costo energetico per la desalinizzazione sarebbe di $0,45/m³ (3,5 kWh × $0,13/kWh). In aree ad alto costo come la California, questo potrebbe raggiungere $0,90/m³. Poiché l'energia costituisce in genere un terzo dei costi totali, i costi completi potrebbero raggiungere $1,50-$2,00/m³ nei mercati costosi.

Tradotto in spese personali:

• Media statunitense (310 litri/giorno): $154 all'anno
• Media del Regno Unito: $159 all'anno
• Standard minimo dell'OMS: $38 all'anno
• Necessità di base di acqua potabile: solo $2,30 all'anno, meno dei costi dell'acqua in bottiglia in molti paesi

Per le situazioni di crisi, questi costi sono davvero notevolmente bassi. Tuttavia, $38 all'anno rimangono onerosi per chi vive con $2 al giorno, rappresentando oltre due settimane di reddito.

L'agricoltura presenta la sfida maggiore della desalinizzazione, consumando il 70% dell'acqua dolce globale (superando il 90% in alcune nazioni tropicali). La sostituzione anche parziale dell'acqua agricola aumenterebbe la domanda di elettricità di molti paesi del 50-100%, rendendo l'attuale tecnologia impraticabile per un uso agricolo diffuso.

La produzione di 1 kg di grano con acqua desalinizzata costerebbe $0,66 solo in acqua, il triplo del prezzo di mercato del grano. Per il mais, i costi dell'acqua sarebbero pari al valore del raccolto. Solo colture ad alto valore o sistemi efficienti dal punto di vista idrico (come l'agricoltura indoor) potrebbero giustificare la desalinizzazione per l'agricoltura attualmente.