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WATERTECH 4.0 - 2018. il settore idrico driver dĘźinnovazione e sviluppo. a cura di Emanuele Martinelli
GLI AUTORI EMANUELE MARTINELLI
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I momenti d’incontro che traducono quanto il settore idrico stia oggi esprimendo in termini d’innovazione, parlano di un settore quanto mai vivace, che si auspica un assetto di mercato il più solido possibile fatto di regole che - come in qualsiasi altro ambito industriale – diano certezze sul ritorno degli investimenti e possibilità di sviluppo sia ai gestori che alle imprese fornitrici di tecnologie. In questo senso Watertech 2018, l’incontro di Milano dello scorso 4 dicembre organizzato da Energia Media con la collaborazione di +Community e Accadueo (che ha portato all’attenzione dei presenti il rapporto Cresme sull’innovazione e il mercato delle reti 2018-2020) ha certamente detto molto, raccontando ai numerosi presenti visioni e strategie di un mondo in forte movimento e non solo per le soluzioni innovative. Alcuni semplici dati per inquadrare un contesto che dice chiaramente quanto il bene acqua debba da subito essere preservato. La popolazione mondiale passerà dai 7,4 miliardi del 2016 ai 9,6 del 2050; il consumo di acqua cresce già del 2,5% all'anno più velocemente della popolazione mondiale (~1%). Oltre il 20% delle persone non hanno accesso all’acqua potabile e la domanda si sposta nelle regioni con risorse già scarse. Sempre nel 2016 era di 4 miliardi la popolazione che viveva nelle città che passerà a 7,4 miliardi nel 2050. Questo provocherà una crescente necessità di soluzioni infrastrutturali sostenibili, reflui civili e industriali soggetti a standard di trattamento più elevati; per cui le città e regioni urbane competeranno sullo standard di qualità stessa dell'acqua.
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Non vi è dubbio che il rischio di esaurimento delle risorse naturali è forte; attualmente viene usato il 25% in più di risorse naturali di quante la Terra possa produrne a un tasso sostenibile; ricordiamo che l’acqua è coinvolta nella produzione di tutte le altre forme di energia, che sta crescendo il problema della scarsità di acque potabili e che andrà ad aumentare il costo dell’energia anche per i trattamenti. Premesse doverose a cui l’innovazione tecnologica e in generale una miglior cultura sul tema risponde già con grande efficacia ma ancora relativa penetrazione. A Milano sono state diverse le case history interessanti che fanno ben comprendere come le utility si siano mosse. Qui di seguito abbiamo riportato tre importanti casi con l’aggiunta di un istituto universitario.
ACEA. DIGITAL TRASFORMATION PER MIGLIORI SERVIZI AI CITTADINI Partiamo da Acea - il primo operatore nazionale nel settore idrico con circa 9 milioni di abitanti serviti nel Lazio, Toscana, Umbria e Campania - che si è soffermata sui temi della qualità tecnica in rapporto all’innovazione tecnologica. Parlando di un’Acea 2.0 che va verso la digital trasformation il primo punto toccato è quello della qualità, univocità e integrità dei dati rilevati dalla nuova piattaforma di Customer Service, con soluzioni di Work Force Management per la gestione della forza lavoro supportata da tecnologie mobile; una piattaforma che garantisce accesso diretto e in real-time ai dati senza bisogno di layer intermedi e con la possibilità di utilizzare le nuove applicazioni anche per processi di acquisto e contabilità. Attraverso una serie di partner l’utility è oggi in grado di rappresentare, analizzare, monitorare e relazionare dati e informazioni provenienti da molteplici fonti attraverso tre ambiti fondamentali: la gestione geografica, l’anagrafica, le informazioni da più fonti. Questo vuol dire per esempio che sulle perdite idriche è stato possibile mettere in campo una serie di azioni suffragate da dati quali l’aggiornamento dell’anagrafica dei contatori, con un programma di verifiche e di taratura degli strumenti quanto mai avanzato, fino all’estensione del TLC per le misure di reti e impianti. La modellazione degli schemi acquedottistici
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con interfaccia grafica è stato importante quanto la verifica continua della congruenza del modello con conseguente validazione delle letture acquisite. Con Acea si quindi parlato di District Metering con un approccio metodologico che prevede il controllo della risorsa immessa nella rete di distribuzione mediante la suddivisione della rete idrica in distretti idrici o zone; la cui gestione, e il cui assetto, può essere garantito con continuità tramite un sistema di misura delle grandezze di portata e pressioni nella rete immesse e/o scambiate; integrando la piattaforma gestionale per la visualizzazione degli avvisi collegati al distretto e la generazione di avvisi e ordini per la ricerca e la riparazione di perdite occulte. Un accenno sul sistema cartografico GIS, che non dovrà più esser considerato come un solo strumento di visualizzazione del dato tecnico, ma diventare un supporto attivo nella pianificazione degli interventi; per esempio, una volta individuato il tratto di rete oggetto del disservizio, il GIS propone in automatico l’elenco delle utenze sottese al disservizio e tramite l’anagrafica degli stessi invia comunicazione diretta all’utente tramite e-mail, sms o altri sistemi. Infine, un accenno al Water Quality Monitor, un sistema informatico per la gestione in real time delle determinazioni analitiche su acque potabili, reflue e superficiali che ha l’obiettivo di classificare e archiviare i dati in modalità standard ed è fruibile per i successivi processi; di validare ciascun campione in termini di plausibilità (identificazione errori di campionamento); di valutare la conformità ai valori limite ammessi e monitorare in real time i parametri critici.
UNIVERSITÀ LA SAPIENZA DI ROMA. UNA RICERCA SUL SISTEMA DI MONITORAGGIO IN CONTINUO DELL’INTERO CICLO DELL’ACQUA Tra i progetti portati dall’Università la Sapienza di Roma da sottolineare quello relativo al controllo remoto per la sicurezza delle infrastrutture idriche in territori vulnerabili. Un progetto rivolto ad aree caratterizzate da fattori di criticità, orografie complesse, elevata sismicità e viabilità poco articolata. Il Servizio Idrico Integrato (SII) è un sistema sensibile poi-
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ché fornendo un servizio di primaria importanza alla popolazione, deve essere in grado di rispondere a situazioni critiche e condizioni di emergenza. Nel dettaglio, i ricercatori hanno operato in provincia di Rieti, caratterizzata da una superficie complessiva di circa 2000 km2 sulla quale sono dislocati 73 Comuni, di cui solamente 5 aventi popolazione superiore a 5000 abitanti. La bassa densità abitativa, unita ad una rete viaria priva di strade a scorrimento veloce e ad una morfologia territoriale complessa, rende difficoltosa la gestione del territorio; inoltre, l’esistenza di numerose sorgenti utilizzate a scopo idropotabile, alcune delle quali di considerevole importanza come il Peschiera, e l’abbondanza di invasi idrici superficiali, rendono necessario un attento controllo del territorio finalizzato alla salvaguardia della qualità delle acque. L’abbondanza di risorse idriche sia superficiali che sotterranee, associata a un profilo climatico molto variegato, richiede inoltre un’attenta difesa delle infrastrutture dal rischio idrogeologico; infrastrutture che risultano peraltro soggette a un elevato rischio sismico. Il sistema multicomponente in progetto prevede la raccolta di informazioni mediante diverse strutture di monitoraggio interagenti sinergicamente: una rete di sensori presenti sul territorio per il monitoraggio e il controllo delle infrastrutture idriche saranno parte integrante del sistema multicomponente proposto. Le informazioni raccolte da tali sensori saranno infatti elaborate dal sistema SCADA e saranno inoltre impiegate come strumento decisionale riguardo il posizionamento dei nuovi sensori. La rete di sensori pre-esistente verrà implementata mediante sensori creati con Smart Materials (ceramiche e polimeri piezoelettrici, magnetostrizione), adattabili al manufatto da monitorare; sensori che hanno una doppia funzionalità: da un lato sono in grado di rilevare vibrazioni, rumori e sollecitazioni meccaniche e dall’altro rappresentano anche le fonti di alimentazione del sensore stesso. Il design, la prototipazione, il test e la sperimentazione di un sistema multicomponente per l’implementazione del controllo e della gestione del servizio idrico integrato - anche in caso di calamità naturali e di eventi accidentali causati dall’attività antropica - hanno creato presupposti e soluzioni innovative grazie all’impiego sinergico di Smart Materials, come sensori di acquisizione ad hoc, sensori commerciali di tipo MEMS e sistema SCADA per il “processamento” ultra low power di tipo IoT. Durante il progetto
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verrà investigata l’opportunità di alimentare la board ultra-low power tramite la generazione di energia elettrica prodotta da materiali innovativi sfruttando le fonti presenti in ambiente. I materiali piezoelettrici possono essere vincolati alle tubature da monitorare, mentre il flusso del fluido interno alla tubatura produce delle micro-deformazioni che a loro volta deformano il materiale piezoelettrico. Tale deformazione, per la struttura chimica del materiale piezoelettrico, viene convertita in una differenza di potenziale che può generare corrente elettrica. Le celle di Peltier, installate sulle tubature, consentono di sfruttare la differenza di temperatura tra la tubatura e l’aria circostante per generare piccole quantità di energia; la differenza di temperatura necessaria a generare energia significativa (in rapporto al ridotto consumo della board) è di pochi gradi centigradi. La possibilità dunque di dotare il gestore del servizio idrico integrato, e la comunità di utenti gestita, di un sistema di monitoraggio in continuo dell’intero ciclo dell’acqua, in grado di minimizzare gli impatti ambientali, sociali ed economici derivanti da eventi naturali e non, diminuisce di molto il rischio di compromettere la funzionalità del servizio. Secondo il cronoprogramma definito, i risultati saranno divulgati alla fine dell’anno in corso.
GRUPPO CAP. CULTURA DELL’INNOVAZIONE TRASVERSALE A PIÙ AMBITI Parlando del Gruppo Cap, soggetto di riferimento per la Città Metropolitana di Milano e non solo, per far meglio comprendere cosa oggi abbia in pancia un gestore del servizio idrico evoluto è interessante elencare gli ambiti di cui si occupa. Se parliamo di economia circolare e agricoltura - e quindi “da fanghi a fertilizzanti”- facciamo riferimento alle tecnologie per il recupero di elementi nutritivi in sostituzione di fertilizzanti minerali. Secondo punto, il biometano prodotto dai fanghi, che ha consentito a CAP di aprire il primo distributore di biometano da acque nere, in collaborazione con FCA. Passando alla Water Safety Plan l’utility si è posta l’obiettivo di produrre un’analisi del rischio specifico per i sistemi di acquedotto al fine di definire provvedimenti mirati all’eliminazione o comunque alla mitigazione di tali rischi; primo in Italia ad adottare il Water Safety Plan introdotto dalla normativa europea, il Gruppo CAP ha concluso la fase pilota e ha ottenuto il via libera all’estensione del progetto dall’Istituto Superiore di Sanità. Inoltre, è in corso di avviamento il primo Sanitation Safety Plan italiano presso il depurato-
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re di Peschiera Borromeo (MI), in collaborazione con ISS e CNR e con la supervisione scientifica della North Carolina University. CAP effettua l’analisi di rischio per riuso a scopo irriguo con riferimento alla Direttiva europea che definirà gli standard minimi per tale servizio. Senz’altro da citare la realizzazione di CAP Factory, il grande centro ricerche sulle nuove tecnologie legate all’acqua e all’ambiente, con laboratori e ricercatori disponibili a condividere il loro sapere con i cittadini e gli studenti. Una struttura dove giovani imprenditori innovativi troveranno lo spazio e le tecnologie necessarie per fare crescere startup impegnate nel settore idrico. Sempre ricordando che il Gruppo CAP gestisce il servizio idrico integrato in provincia di Milano, Monza e Brianza, Pavia, Varese, Como.
DALLE UTILITY ALLE STELLE Un esempio che ci porta sulle stelle, tema in apparenza lontano dall’acqua ma non per SMAT Torino. L’utility piemontese ha portato a Milano il tema della Space Economy, che nel mondo oggi vale circa 344.5 miliardi di dollari secondo i valori di mercato del 2017 e ne varrà 2700 nel 2050. Gli studi del suo Centro Ricerche (4 milioni di euro di attrezzature, costo annuo della ricerca oltre 1,2 milioni di euro, 21 progetti conclusi nel 2017 e 43 in corso di cui 3 Horizon 2020) hanno portato l’acqua di SMAT nello spazio. 22.700 litri d’acqua consegnata finora, per future missioni spaziali con approdo la Luna o Marte, che potranno durare da 6 mesi a 3 anni. Progetti per cui saranno indispensabili sistemi avanzati di supporto alla vita umana; in particolare si pensa che saranno necessarie modifiche alle modalità di disinfezione, monitoraggio e trasporto dell’acqua da usare in orbita. SMAT ha dunque partecipato al programma Horizon 2020 denominato Biocontamination Integrated Control of Wet Systems for Space Exploration – BIOWYSE, con l’obiettivo di realizzare un sistema integrato per il controllo rapido della bio-contaminazione di acque destinate al consumo umano e superfici umide, finalizzato al circuito di riuso dell’acqua sull’International Space Station, per missioni esplorative a lungo raggio e per l’uso terrestre in situazioni di emergenza.
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BREVI CONCLUSIONI SU CULTURA, INNOVAZIONE E REGOLAZIONE Ad oggi il regolatore nazionale ARERA individua fra le criticità da associare agli investimenti quelle di “mancanza di conoscenza” (KNW - sia per ricognizione che per digitalizzazione) e di “criticità della gestione” (EEF efficienza economico funzionale, energia elettrica, asset management), ma fornisce indicatori anche su temi quali la misura di processo e d’utenza e stress ambientali (riuso e recupero). ARERA individua inoltre il meccanismo incentivante della qualità tecnica (Deliberazione AEEGSI917/ 17) con macro indicatori e prerequisiti da rispettare che in buona parte puntano o inducono all’efficientamento. Per esempio: misura di processo e di utenza; perdite idriche (anche come efficientamento energetico); riduzione dei fanghi in discarica (incentivo al recupero). Di fatto è imposta una crescita di conoscenza e della gestione che porta a utilizzo di GIS, modelli, sensori (vedi per esempio il tema delle interruzioni idriche effettive e loro ripristino), telecontrollo e asset management in generale. Il cuore di ogni processo evolutivo è la conoscenza che porta al miglioramento del livello qualitativo di ogni processo. L’innovazione ha bisogno di esser diffusa, compresa, utilizzata, incentivata. E perché diventi sistema serve un adeguato approccio culturale di tutte le parti in causa.
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