3D printing:
nuove frontiere per il mondo dell’acqua

Le nuove tecnologie produttive che stanno cambiando il trattamento delle acque

1 Agosto 2019

Nuovi entranti nel settore dell’acqua stanno applicando la stampa tridimensionale per rendere il trattamento della risorsa più preziosa del mondo più economico e veloce.

Le innovazioni apportate da queste aziende alle membrane utilizzate nel processo di filtrazione negli impianti di trattamento delle acque diventano quindi un importante strumento per rispondere a una sfida cruciale: meno dell’1% dell’acqua del nostro pianeta, con una popolazione in forte crescita, è infatti potabile.

Alcune aziende stanno utilizzando le nuove membrane per la desalinizzazione, che oggi si basa principalmente sull’osmosi inversa, cioè sull’uso di membrane parzialmente permeabili che permettono di trasformare l’acqua marina in acqua potabile. Durante il Global Water Summit 2019 alcuni ricercatori dell’Università del Connecticut hanno presentato nuove membrane che permettono di aumentare le quantità di acqua oggetto di desalinizzazione, con un minore consumo energetico e una minore presenza di incrostazioni.

Questa e le altre innovazioni riportate mostrano le possibilità di utilizzo del 3D printing e come esso sia sempre più diffuso. In un articolo di Forbes del marzo di quest’anno il mercato del 3D printing -secondo un report di settore- varrà infatti, circa 35,5 miliardi di dollari nel 2024, a livello globale e tenendo conto di tutti i settori di utilizzo, rispetto ai 15,8 previsti per il 2020.

La crescente importanza di questa tecnologia nel settore idrico è stata rilevata anche dall’editorialista Christopher Gasson, nella pubblicazione specializzata Global Water Intelligence. Egli ha affermato infatti che questa tecnologia potrà essere più utile per i processi di filtrazione su piccola scala perché essi avranno maggiore necessità di membrane su misura. «La mia ipotesi è che la stampa 3D diventerà la norma per i sistemi a membrana di piccola capacità perché ha molto senso calibrare le membrane su specifiche condizioni dell'acqua di alimentazione. Per gli impianti più grandi - e gli impianti diventeranno molto più grandi - prevarranno le economie di scala nella produzione», ha affermato.

Aziende di grandi dimensioni, startup e centri di ricerca stanno utilizzando questa tecnologia perché il 3D printing ha due grandi vantaggi competitivi sui sistemi tradizionali di produzione delle membrane per il trattamento delle acque. Il primo consente di aumentare l’efficacia e l’efficienza delle membrane, grazie a design e materiali ad hoc. Il secondo consiste nella flessibilità in termini di forma e volume nei processi produttivi delle membrane. Come menzionato da Gasson, questo fatto consente la produzione di piccoli lotti di membrane in base alle esigenze specifiche di ciascun cliente.

Aqua Membranes è un'azienda statunitense che utilizza il 3D printing per rendere le membrane più efficaci ed efficienti. Essa stampa infatti un polimero su membrane realizzate da altri produttori per creare quello che viene chiamato un distanziatore. L'osmosi inversa utilizza membrane arrotolate in tubi, in un'applicazione chiamata membrane a spirale. Il distanziatore creato da Aqua Membranes consente all'acqua di fluire attraverso i vari strati di membrana arrotolati all'interno dei tubi, migliorando l'efficienza del processo di filtrazione e riducendo i costi operativi. Nel febbraio di quest’anno Pentair, una società inglese nel settore delle soluzioni per il trattamento delle acque, ha acquisito una quota di minoranza in Aqua Membranes.

A Singapore, Nano Sun, una società nata dalla Nanyang Technological University, utilizza la stampa 3D per produrre membrane nanocomposite multifunzionali per la desalinizzazione e altri processi di trattamento delle acque. Nano Sun stampa milioni di nano-fibre, le sovrappone una sull'altra e quindi le comprime in una sottile membrana. «Ciò si traduce in una nuova membrana che ha una portata d'acqua più veloce rispetto alle membrane convenzionali», si legge nel sito web dell’azienda. «Questa tecnologia consente la costruzione di piccoli impianti di trattamento delle acque reflue, riducendo i costi per spazio, infrastrutture e manodopera». I primi clienti di Nano Sun ad utilizzare questa membrana di nuova generazione saranno due delle più grandi multinazionali di semiconduttori a Singapore e un nuovo impianto di trattamento delle acque reflue municipali in Cina.

NakedFilter è, al primo sguardo, un semplice contenitore per liquidi, che è costato in realtà anni di ricerca e di sviluppo. Nato dall’idea di due professori della Stony Brook University, Dr. Ben Hsiao and Dr. Ben Chu, questa bottiglia contiene al suo interno una membrana nanofiltrante creata in 3D printing che consente una purificazione quasi totale dell’acqua: i BioVir Laboratories hanno testato che NakedFilter rimuove il 99,9999 dei batteri presenti nell’acqua, permettendone quindi il consumo in aree o situazioni in cui l’acqua è contaminata.

Blue Tap è un’impresa sociale che produce un iniettore installato all’interno delle tubature e consente l'inserimento di cloro per purificare l'acqua che fluisce attraverso di esse. In un’intervista al sito dello United Nations Environment Programme la fondatrice ha affermato: «Quando studiavo al dipartimento di ingegneria dell’Università di Cambridge erano appena state acquistate le prime stampanti 3D che a quel tempo erano molto popolari. Per noi era una cosa incredibile, perché era facile creare prototipi: si poteva progettare un iniettore di cloro, mandarlo in stampa e sei ore dopo iniziare a fare i test in laboratorio. Questo ci consentiva di valutare molto velocemente le modifiche al progetto. Senza le stampati 3D ci sarebbero occorsi 2 o 3 anni in più di lavoro».