Raccolta intelligente dell'acqua piovana

Descrizione

Le prime prove concrete delle tecniche usate per la raccolta dell’acqua piovana risalgono a quasi 4000 anni fa. Tuttavia, il concetto stesso di raccolta dell’acqua piovana potrebbe risalire a quasi 6000 anni fa nell’antica Cina (Che-Ani et al., 2009). È evidente che la raccolta dell’acqua piovana fa parte della storia e dell’identità dell’umanità. Con la modernizzazione e la massiccia urbanizzazione, la raccolta dell’acqua piovana è ormai diventata parte dell’identità della città. Per aumentare l’efficienza, nelle principali città si sta diffondendo il concetto di “raccolta intelligente dell’acqua piovana”. La raccolta intelligente dell’acqua piovana si caratterizza per la raccolta di dati in tempo reale tramite sensori nelle fonti idriche, nelle fasi di raccolta, di stoccaggio e di utilizzo (Behdazian et al., 2018). I dati vengono raccolti in un’unità centralizzata dove vengono monitorati ed elaborati. I dati elaborati vengono poi utilizzati per prendere decisioni e adattarsi a circostanze specifiche.

I sistemi di raccolta intelligente dell’acqua piovana, grazie a metodi automatizzati, possono rilasciare l’acqua piovana prima che inizi a piovere, per aumentare i livelli di ritenzione idrica (Behdazian et al., 2018). L’obiettivo principale dei sistemi di raccolta dell’acqua piovana è quello di raccogliere e immagazzinare l’acqua piovana durante gli eventi precipitativi per utilizzarla in applicazioni non potabili (Pradhan & Sahoo, 2019). La parte “intelligente” di questo concetto consiste nello sviluppo di dispositivi comunicanti integrati nel sistema complessivo (Xu et al., 2020). Il sistema utilizza sensori a basso costo combinati con tecnologie di comunicazione innovative. Questo approccio tecnologico apre diverse nuove possibilità per la gestione delle infrastrutture idriche urbane nel contesto di una smart city. Le prestazioni del sistema dipendono fortemente dalla qualità delle previsioni meteorologiche e sono strettamente legate ad essa. La quantità di precipitazioni e i modelli di pioggia vengono integrati nella strategia di controllo per determinare rispettivamente il volume di scarico e l’orario di chiusura (Pradhan & Sahoo, 2019).

Modello di valore

Contesto cittadino

L'attuale processo di urbanizzazione in crescita richiede più infrastrutture e più risorse; questo crea uno squilibrio tra domanda e offerta. Di conseguenza, gestire le risorse e le infrastrutture (ad esempio, l'approvvigionamento idrico) nelle aree urbane e rurali diventa un compito impegnativo per gli urbanisti e le amministrazioni locali. Sebbene siano state sviluppate soluzioni innovative per affrontare alcune di queste sfide, ci sono ancora alcune questioni non ancora risolte. Ad esempio, la maggior parte delle città altamente urbanizzate è sull’orlo di una grave carenza idrica, che potrebbe aggravarsi nel prossimo futuro. Tuttavia, negli ultimi anni, i progressi tecnologici hanno offerto nuove opportunità alle città per gestire l’approvvigionamento idrico e la ritenzione idrica, adottando metodi intelligenti di raccolta dell’acqua piovana nei loro sistemi di gestione idrica. Secondo Judeh et al. (2022), le fasi più comuni della raccolta intelligente dell’acqua piovana nel contesto urbano si svolgono come segue:

1. Fase di raccolta: in questa fase, viene raccolta tutta l’acqua piovana che scorre dai tetti o dalle superfici.
2. Fase di stoccaggio: l’acqua piovana raccolta viene immagazzinata in serbatoi (per ogni famiglia) e bacini (costruiti in una posizione adeguata all’interno o nelle vicinanze del bacino idrografico urbano). L’acqua in eccesso che supera la capacità di stoccaggio viene deviata verso corsi d’acqua naturali tramite il sistema di drenaggio oppure convogliata verso zone a basso impatto per favorire la ricarica delle falde acquifere.
3. Fase di applicazione: in questa fase, l’acqua immagazzinata può essere utilizzata per usi potabili e non potabili, come l’uso domestico, l’industria, il giardinaggio, l’abbellimento paesaggistico, ecc. Il riutilizzo dell’acqua piovana nei bacini idrografici urbani riduce la domanda idrica, la quantità di deflusso superficiale, le inondazioni e gli inquinanti dovuti alle acque piovane.

I dati verranno raccolti in ogni fase della raccolta dell’acqua piovana e inviati a un’unità centralizzata di archiviazione dati, dove verranno conservati tutti i dati raccolti. Successivamente, questi dati verranno utilizzati in due diverse categorie per il monitoraggio:

• Stoccaggio rispetto al consumo e afflusso rispetto al deflusso
• Afflusso contro deflusso e ricarica delle falde acquifere.

Questi dati monitorati potranno poi essere elaborati nell’unità di elaborazione per ulteriori analisi e utilizzati per ricavare risultati significativi. Successivamente, si potrà prendere una decisione per la pianificazione futura tenendo conto delle variazioni della domanda e dell’offerta nel tempo. Quando si definiscono strategie a lungo termine, bisogna tenere conto dei cambiamenti climatici e della crescita demografica.

Fattori di supporto

1. Implementare infrastrutture ICT di supporto, come contatori intelligenti e sensori, nei punti di raccolta dell’acqua piovana esistenti e di nuova realizzazione
2. Promuovere la standardizzazione e l’adozione di protocolli di comunicazione comuni e interoperabili per il coordinamento tra gli operatori di sistema
3. Introdurre normative che rendano obbligatoria l’implementazione di contatori intelligenti e infrastrutture di rete intelligenti
4. Stabilire regole per la raccolta e la gestione dei dati
5. Introdurre un maggior numero di punti di raccolta dell’acqua piovana per un sistema intelligente olistico e più efficiente

Iniziative del governo

• Nelle città europee, l’implementazione di sistemi di gestione intelligente delle risorse idriche a livello locale è sostenuta da numerose iniziative sia a livello europeo che nazionale. I progetti incentrati sulle reti intelligenti, sull’efficienza energetica, sulla gestione intelligente delle reti e sulla gestione delle risorse idriche beneficiano di opportunità di finanziamento sia nazionali che europee.
• A livello europeo, le iniziative e la ricerca sui “sistemi idrici intelligenti” (Smarter Water Systems), categoria in cui rientra il sistema di raccolta intelligente dell’acqua piovana, sono finanziate tramite la sovvenzione “Synergy Grant” del Consiglio europeo della ricerca. Questa sovvenzione ha stanziato un totale di 11 milioni di dollari per la ricerca sui sistemi idrici intelligenti.
• Visto che il sistema di raccolta intelligente dell’acqua piovana riduce il rischio di disastri naturali (siccità e inondazioni), beneficia anche delle opportunità di finanziamento per la gestione del rischio di disastri nell’ambito della politica di coesione dell’UE.

Mappatura degli stakeholder

Potenziale di mercato

Il mercato dei sistemi intelligenti di raccolta dell'acqua piovana ha superato i 296 milioni di dollari nel 2021 e crescerà a un tasso annuo del 4% tra il 2021 e il 2027 (Oberarscher et al., 2019). La crescente scarsità d’acqua, unita all’aumento della popolazione in tutto il mondo, stimolerà la domanda di mercato. Anche il consumo sempre più elevato di acqua in agricoltura dovrebbe favorire l’espansione del mercato dei sistemi intelligenti di raccolta dell’acqua piovana. Si prevede che il mercato dei sistemi intelligenti di raccolta dell’acqua piovana raggiunga i 328 milioni di dollari entro il 2027.

I governi di diversi paesi hanno iniziato ad attuare politiche di raccolta dell’acqua piovana (RWH) per incoraggiare il risparmio idrico. Alcuni paesi, come gli Stati Uniti e l’Australia, hanno reso obbligatorio l’inserimento di sistemi intelligenti di raccolta dell’acqua piovana nelle nuove costruzioni (Pradhan & Sahoo, 2019).

Tra i principali operatori del mercato figurano GRAF Group, Kingspan Group, Heritage Tanks, Watts Water Technologies, Inc., Innovative Water Solutions LLC, Stormsaver, Water Field Technologies Pvt. Ltd., HarvestRain, WISY AG, D&D Ecotech Services, Rainharvesting Systems Ltd. e Climate, Inc. Questi operatori puntano costantemente ad ampliare il proprio portafoglio prodotti e a proporre soluzioni innovative.

A seconda della portata dell’applicazione, la clientela varia. Tuttavia, sono soprattutto le città e le regioni a investire nella raccolta intelligente dell’acqua piovana.

Struttura dei costi

Modelli operativi