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Dai diamanti acqua più pulita per le zone rurali e i villaggi isolati dell'Africa

Dai diamanti acqua più pulita per le zone rurali e i villaggi isolati dell'Africa
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Come depurare l'acqua per uso domestico in modo efficace e a costi accessibili nelle zone rurali e remote dell'Africa? Scienziati africani ed europei stanno lavorando insieme per cercare di rispondere a questa domanda, e pensano di aver trovato una soluzione in un piccolo impianto pilota di depurazione nel sud del Mozambico.

Acqua più pulita per una popolazione pi`ù sana in Mozambico

Il Mozambico è uno dei 16 paesi subsahariani che compongono la Comunità di sviluppo dell'Africa meridionale. Circa il 40 per cento della popolazione di questa comunità non ha accesso all'acqua potabile, per un totale di 130 milioni di persone.

Ressano Garcia, una cittadina nei pressi del confine con il Sudafrica, è un esempio che mostra quanto sia diffuso il problema e quali siano le ricadute. Mario Trigo, dell'impianto locale di depurazione dell'acqua, riassume così la situazione: "In questo momento vivono 14 mila persone qui a Ressano Garcia. Non tutte hanno accesso all'acqua potabile, e in questo caso ricorrono all'acqua del fiume. Ma si tratta di acqua non trattata, quindi una volta entrata nelle case, provoca diarrea e altre malattie".

L'acqua contaminata può infatti trasmettere malattie come il colera, la dissenteria, il tifo o la polio, anche se qui la più comune è la diarrea. Il centro sanitario di Ressano Garcia si prende cura di circa 500 pazienti al giorno. Circa il 10 per cento di queste persone soffre di diarrea. Il direttore del centro, Abdul Rafael Sega, non ha dubbi: "Una delle cause della maggior parte dei casi di diarrea e di malattie legate alla diarrea è la qualità dell'acqua. È molto, molto chiaro che migliore è la qualità dell'acqua, migliore è la salute nell'intera popolazione".

E mettere a disposizione acqua più sicura è l'obiettivo dell'unità pilota installata all'interno dei locali dell'impianto di depurazione della città, in grado di degradare gli inquinanti nocivi come i pesticidi e disattivare microbi e agenti patogeni.

A questo scopo viene usata una tecnologia chiamata ossidazione elettrochimica che produce ozono all'interno dell'acqua inquinata. L'ozono ha un effetto sterilizzante. Come funziona? Lo spiega l'ingegnere Amiro Abdula Martins: "La stazione può trattare l'acqua attraverso processi come la coagulazione, la decantazione e diverse fasi di filtrazione. È un sistema che crea ozono nell'acqua. In termini di efficienza e di qualità dell'acqua le nostre ricerche hanno mostrato che questo sistema è in grado di depurare l'acqua dell'80-90 per cento degli elementi inquinanti".

Ressano Garcia necessita di 1.600 metri cubi d'acqua al giorno per soddisfare i bisogni primari di una popolazione in crescita. È a questo scopo che la piccola unità pilota è stata progettata, e per fornire un modello di riferimento ad altre città e villaggi isolati dell'Africa.

10 mila litri d'acqua depurata al giorno in Sudafrica

A 40 chilometri da Johannesburg, in Sudafrica, esisteva già un impianto pilota con una tecnologia simile. Le due unità di depurazione - questa e quella che abbiamo visto in Mozambico - fanno parte di un progetto di ricerca dell'Unione europea, Safe Water Africa, che punta a fornire acqua più sicura alle popolazioni rurali e periurbane africane in modo efficiente ed economico.

Zakitini Ngrobo, dell'Università di Tshwane, illustra il sistema: "La capacità massima è di 1.300 litri d'acqua all'ora. Quindi in totale cerchiamo di depurarealmeno 10 mila litri al giorno di acqua per renderla potabile, non dannosa per la salute umana, e utilizzabile sia per scopi domestici sia per l'irrigazione".

Il sistema di disinfezione si basa su un tipo speciale di elettrodi metallici. Una volta filtrata, l'acqua inquinata entra in contatto con questi elettrodi, producendo l'ozono che disattiva i germi, spiega la scienziata Mbali Ntuli: "All'atomo di ossigeno dell'acqua si aggiunge una molecola d'ossigeno, ottenendo O3, cioè l'ozono, prodotto solo usando acqua ed elettricità. L'ozono poi reagisce con l'acqua uccidendo i microrganismi, gli agenti patogeni, e rendendo quindi l'acqua molto più pulita".

L'obiettivo è che ogni stazione sia autonoma e costruita con materiali il più possibile verdi e "made in Africa", prosegue l'ingegnere Mark David Woods: "Abbiamo deciso di non usare prodotti chimici per il processo di disinfezione. La ragione è che sono difficili da reperire, in particolare se vogliamo raggiungere le comunità rurali, dove l'accesso alle sostanze chimiche è molto limitato".

Il progetto fa parte del programma Horizon 2020. La strategia di cooperazione internazionale del programma prevede di affrontare le sfide globali nell'ambito dell'ambiente e della società attraverso partnership fra ricercatori europei e locali.

Prima della disinfezione: il pretrattamento dell'acqua

La qualità dell'acqua in Sudafrica e in Mozambico è risultata essere ben inferiore alle attese degli scienziati, in particolare a causa della presenza massiccia di materie fecali. I ricercatori hanno quindi dovuto sviluppare un prototipo per garantire il pre-trattamento di quest'acqua e facilitarne la successiva disinfezione. È a Ciudad Real, in Spagna, che questo procedimento è stato messo a punto.

Gli ingegneri chimici qui si sono presto resi conto che l'acqua inquinata doveva essere ripulita in profondità dai composti organici prima di poter avviare in modo efficiente un processo elettrochimico di qualunque tipo. "Le tecnologie di pretrattamento - spiega l'ingegnera chimica Cristina Sáez Jiménez dell'Università di Castilla-La Mancha - sono processi fisico-chimici. L'obiettivo è di separare la materia colloidale in sospensione prima di mettere l'acqua in un reattore per disinfettarla, per evitare che possano sorgere seri problemi operativi nell'intero processo di disinfezione".

I ricercatori hanno progettato diverse opzioni per il pretrattamento, prima di trovare la soluzione adatta alla particolare qualità dell'acqua e ai contesti socioeconomici di Mozambico e Sudafrica. Il procedimento ci viene illustrato dall'ingegnere Javier Llanos López: "Aggiungiamo all'acqua il coagulante, che è un sale di ferro. Il processo trasforma le sostanze contaminanti in frammenti molto più voluminosi che poi, in un decantatore, si possono separare in modo molto semplice". Interviene il collega Manuel Andrés Rodrigo Rodrigo: "Il problema sorge quando la quantità di sostanze contaminanti, soprattutto la materia fecale, che troviamo è molto alta, e questo processo elettrolitico diventa molto costoso. Preferiamo includere dei pretrattamenti che consentono di tenere bassi i costi. Quindi abbiamo progettato dei pretrattamenti che non solo fossero a basso costo a livello di operazioni, ma anche di materiali".

Secondo l'Organizzazione mondiale della sanità, ancora oggi 1,8 miliardi di persone nel mondo bevono acqua da una fonte contaminata da feci. Ridurre questa cifra, dicono gli scienziati che lavorano a questo progetto, è l'obiettivo finale delle loro ricerche.

Dai diamanti nasce... l'ozono

Ed è nell'Istituto Fraunhofer di Braunschweig , in Germania, che questa tecnologia è stata in parte sviluppata, con l'aiuto di materiali insospettabili: pellicole a base di diamante.

Gli elettrodi usati per ripulire l'acqua vengono realizzati a partire da un metallo chiamato niobio. Il metallo viene ricoperto da una pellicola a base di diamante. Un altro elemento chimico, il boro, fornisce la conduttività necessaria a far funzionare l'intero processo. Un processo chimico lungo e complesso che richiede l'uso di forni a 2.500 gradi centigradi.

Gli elettrodi così prodotti vengono poi attivati usando l'elettricità per disinfettare l'acqua. Il coordinatore del progetto Lothar Schäfer dice che l'intero processo è stato progettato in modo che il consumo di energia sia il più efficiente possibile: "Gli elettrodi diamantati possono creare ozono con una tensione elettrica molto elevata, e con un'efficienza del 100 per cento nell'uso dell'elettricità. Questo perché creiamo direttamente ozono, non ossigeno. Sarebbe uno spreco di energia creare ossigeno, perché fluttuerebbe via senza contribuire al processo di depurazione".