Energia Nucleare

Dissalare l'acqua del mare

   
 
Intervista al Prof. Renato Angelo Ricci

 
 
Energia nucleare per dissalare
l'acqua del mare

In figura uno schema di impianto di dissalazione ad Osmosi Inversa (RO). Da sinistra una pompa immette acqua salata nel desalinizzatore. I moduli di dissalazione sono costituiti da vasche separate orizzontalmente da una membrana che lascia passare l'acqua ma non i sali sciolti in essa. Nella parte superiore quindi si accumila acqua dolce, da cui viene prelevata, nella parte inferiore acqua sempre piu' salata da asportare.

L'acqua potabile scarseggia in molte parti del mondo. La sua mancanza è destinata a diventare un forte ostacolo allo sviluppo di diverse aree del pianeta.
L'energia nucleare è già stata utilizzata per la dissalazione, e ha un potenziale di applicazione molto alto in questo campo.
Ciò è dovuto al fatto che la dissalazione nucleare è generalmente più economica rispetto all'utilizzo di combustibili fossili.
Si stima che un quinto della popolazione mondiale non ha accesso ad acqua potabile, e che questa percentuale aumenterà a causa della crescita della popolazione in rapporto alle risorse idriche. Le più colpite sono le zone aride e le regioni semiaride dell'Asia e del Nord Africa.
L'acqua dolce è una delle principali priorità per lo sviluppo. Nei luoghi dove non può essere ottenuta da ruscelli e falde acquifere, la dissalazione dell'acqua di mare o di acque mineralizzate è obbligatoria.

Tecniche di dissalazione

La maggior parte di dissalazione oggi utilizza combustibili fossili, e quindi contribuisce ad aumentare i livelli dei gas a effetto serra. A livello mondiale ci stiamo avvicinando alla capacità di produrre 30 milioni di m3/giorno di acqua potabile, in circa 12500 impianti. La metà di questi sono in Medio Oriente. Il più grande ne produce 454.000 m3/giorno
Le principali tecnologie in uso sono quelle multi-fase in flash (MSF) che utilizzano processi di distillazione a vapore, ma le nuove tecniche basate sull'Osmosi Inversa (RO) con pompe elettriche sta avanzando rapidamente. Con acque salmastre, la tecnica dell'RO è molto più competitiva in termini di costi, anche se la tecnica dell'MSF fornisce acqua più pura . Una minoranza di impianti utilizza anche la Distillazione Multi-Effetto (MED) o la compressione di vapore (VC). Inoltre tecniche ibride MSF-RO sfruttano le migliori caratteristiche di ciascuna tecnologia per i diversi dipi di acua da dissalare.
Queste tecniche di dissalazione sono ad alta intensità energetica. L' Osmosi Inversa (RO) ha bisogno di circa 6 kWh di energia elettrica per metro cubo di acqua (a seconda del suo contenuto di sale), mentre la MSF e MED richiedono calore a 70-130 ° C e necessitano di una quantità di energia di 25-200 kWh/m3..
Attualmente circa il 10% dell'acqua dolce di Israele è acqua dissalata, una grande impianto ad RO fornisce l'acqua a 50 centesimi al metro cubo a Gerusalemme. Malta riceve due terzi della sua acqua potabile da un impianto RO. Singapore nel 2005 ha commissionato un grande impianto ad RO da 136000 m3/day - il 10% dei bisogni. Produrrà acqua a 49 centesimi USA per metro cubo.
I reattori nucleari di piccole e medie dimensioni sono adatti per la dissalazione, spesso sono usati cogenerando energia elettrica. con turbine a bassa pressione di vapore e usando acqua di mare per il raffreddamento.

Dissalazione: impianti che utilizzano gia' l'energia nucleare

La funzionalità di un impianto di dissalazione integrato nucleare è stato provato soprattutto in Kazakistan, India e Giappone.
Il reattore veloce BN-350 a Aktau, in Kazakhstan, ha gia prodotto ben 135 MWe di energia elettrica e 80.000 m3/giorno di acqua potabile per 27 anni, circa il 60% della sua potenza sotto forma di calore è stata utilizzata per la desalinizzazione. L'impianto oroginariamente era stato progettato per 1000 MWt ma non ha mai operato a più di 750 MWt. Questo impianto ha stabilito la fattibilità e l'affidabilità di tali impianti di cogenerazione.
In Giappone sono stati costruiti una decina di impianti di dissalazione utilizzando reattori ad acqua in pressione per la produzione di energia elettrica . Ogni reattore a prodotto1000-3000 m3/day di acqua potabile. Inizialmente è stata usata la tecnia MSF per la desalizzazione, in seguito anche la RO MED perchè più efficiente. L'acqua viene utilizzata dai reattori per i propri sistemi di raffreddamento.
L'India è impegnata nei progetti di ricerca sulla dissalazione dal 1970. Ha creato un impianto di dimostrazione accoppiato a un reattore (PHWR) da 170 MWe alla Atomic Power Station di Madras a Kalpakkam ne sud-est del paese. Questo impianto nucleare dui desalinizzazione è un ibrido (osmosi inversa / multi-fase flash)xon la capacità di 1800 m3/day.
Molto rilevante è anche l'esperienza delle centrali nucleari in Russia, Europa orientale e in Canada, dove il teleriscaldamento è un sottoprodotto.
La diffusione su ampia scala delle centrali nucleari di dissalazione dipende principalmente da fattori economici. Attualmente l'ONU e la Associazione Internazionale per l'Energia Atomica (AIEA),promuovono la ricerca e la collaborazione in merito alla questione, più di 20 paesi sono coinvolti.


I nuovi progetti

La Corea del Sud ha messo a punto un piccolo reattore nucleare progettato per la cogenerazione di 90 MWe di energia elettrica e la produzione di 40000 m3/day di acqua potabile. Si tratta del reattore 330 MWt SMART * (PWR),è un reattore dalla lunga vita e deve essere rifornito solo ogni 3 anni. L'impianto di cogenerazione per la dissalazione usa la tecnica MSF. Un altro progetto è il reattore SMART MED accoppiato a quattro unità con la produzione totale di 40000 m3/day.

La Spagna sta costruendo 20 impianti di dissalazione che usano la tecnica RO nel sud-est per la fornitura di oltre l'1% di acqua del territorio.

Nel Regno Unito, un impianto RO da 150000 m3/day è proposto per il più basso estuario del Tamigi, utilizzando acqua salmastra.

La Cina sta esaminando la fattibilità di un impianto di dissalazione dell'acqua di mare per via nucleare nella zona industriale di Yantai produrrà 160000 m3/day di acqua dolce con la tecnica MED utilizzando un reattore 200 MWt.

La Russia ha avviato un progetto di dissalazione con il nucleare utilizzando due reattori KLT-40 (ogniuno di 150 MWt) e texcnologia canadese RO per la dissalazione.

L Tunisia sta esaminando la fattibilità di un impianto di cogenerazione (elettricità-dissalazione) nel sud-est del paese.

Il Marocco ha completato uno studio di pre-progetto con la Cina, a Tan-Tan sulla costa atlantica, utilizzando un reattore da 10 MWt che produrrà 8000 m3/day di acqua potabile da distillazione (MED).

L'Egitto ha avviato uno studio di fattibilità di un impianto di cogenerazione di elettricità e di acqua potabile a El-Dabaa, sulla costa mediterranea.

L'Algeria sta valutando la fattibilità di un impianto di desalinizzazione per la sua seconda città più grande, Orano da 150000 m3/day utilizzando tenolgia MSF (anche se ancora non è sicuro che si utilizzerà l'energia nucleare ).

In Iran era progettato un impianto di dissalazione MSF con la centrale nucleare di Bushehrun per la produzione di 200000 m3/day, ma la sua costruzione sembra essere bloccata a causa di ritardi prolungati.

L'Argentina ha anche sviluppato un piccolo reattore nucleare per la cogenerazione o solo per la dissalazione, il 100 MWt CAREM (integrante PWR).

La maggior parte o tutti questi impianti hanno richiesto l'assistenza tecnica dell'AIEA nell'ambito del suo progetto di Cooperazione tecnica sul nucleare e dissalazione. Tale progetto di ricerca è stato avviato nel 1998, sono stati analizzati i reattori destinati a funzionare in accoppiamento con i sistemi di dissalazione, nonché le più avanzate tecnologie di dissalazione. Sicurezza e affidabilità sono stati i requisiti chiave progetto. Questo programma consentirà una ulteriore riduzioni dei costi delle centrali nucleari di dissalazione.


Fonti principali:
IAEA 1997, Nuclear Desalination of Sea Water, proceedings of 1997 Symposium.
IAEA 1998, Nuclear heat applications: design aspects and operating experience, IAEA-TECDOC-1056.
Konishi & Misra, Freshwater from the Seas, IAEA Bulletin 43, 2; 2001.
IAEA Nuclear Desalination, paper on web.
International J of Nuclear Desalination, 2003, vol 1, 1.
UN World Water Development Report 2003.
New Scientist 10/7/04.

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