Questo articolo è tratto da WE-World Energy n. 46 – Water stories

Riempire un secchio d’acqua è semplice. Riempire più secchi per un intero villaggio è fattibile. Garantire acqua pulita all’intera area sub-sahariana è un altro discorso.
Due sono le ragioni fondamentali per cui metà della popolazione rurale in molti paesi della regione sub-sahariana non ha accesso all’acqua potabile. In primo luogo, i guasti agli impianti idrici rurali sono frequenti. In secondo luogo, gli impianti sono costosi. Queste ragioni apparentemente semplici nascondono una realtà notevolmente complessa perché le sfide da affrontare pongono seri interrogativi sulla sostenibilità della rete idrica nelle regioni rurali. Di queste sfide fa parte il reperimento di fondi, in quanto la capacità di finanziamento dei privati e dei governi è esigua rispetto alla quantità di risorse necessarie per colmare il deficit degli attuali stanziamenti. Nel frattempo migliaia di villaggi sono privi di acqua potabile. Da qui la domanda: come dovrebbe essere costruito in futuro un impianto idrico rurale che attinge acqua da falde freatiche profonde? Come impedire i guasti? E poi la questione forse più importante: come dovrà essere finanziato? In Tanzania è attualmente in fase di sperimentazione un nuovo modello, una soluzione audace che abbina tecnologie emergenti e finanziamenti misti.

Sostenibilità significa risolvere un insieme di questioni complesse. Il progresso tecnologico, l’IoT (internet delle cose) e la sua crescente disponibilità e applicabilità consentono una serie di miglioramenti potenzialmente favorevoli alla sostenibilità delle reti idriche nelle zone rurali. I dispositivi per il controllo remoto dei sistemi di pompaggio sono ormai ampiamente disponibili. Gli operatori possono monitorare a distanza le prestazioni delle pompe e il livello delle acque freatiche oltre a risolvere eventuali problemi. I sistemi pompaggio a energia solare riducono in modo significativo i costi del processo di estrazione dell’acqua e grazie a essi anche i fornitori dei servizi idrici ai villaggi che si trovano in una situazione finanziaria difficile potrebbero ottenere vantaggi economici. Negli ultimi sette anni, infatti, le tecnologie e i costi dei sistemi di pompaggio a energia solare sono mutati drasticamente offrendo nuove opportunità in questo mercato. Gli impianti di pompaggio idrico alimentati dall’energia solare, in passato un mercato di nicchia, oggi si stanno diffondendo sempre di più grazie alla riduzione dei prezzi degli impianti fotovoltaici e al progresso tecnologico. Si può pompare acqua a volumi più elevati e da falde freatiche a maggiori profondità.

Il pompaggio idrico ad energia solare (SWP) utilizza l’energia prodotta da pannelli fotovoltaici per alimentare una pompa idraulica elettrica. L’intero processo, dalla luce solare all’accumulo dell’energia prodotta, è semplice e lineare. Un sistema di pompaggio a energia solare è composto dal pannello solare, da una pompa e da un convertitore di potenza. I sistemi SWP sono oggi flessibili e possono essere integrati a un generatore di back-up e alla rete elettrica.

• La capacità e le possibilità d’impiego dei sistemi SWP sono maggiori. Le prime pompe solari (1980-2007) avevano prestazioni ridotte e il loro utilizzo era limitato a sistemi di pompaggio in acque poco profonde e con un fabbisogno idrico contenuto. Oggi le pompe possono raggiungere falde a maggiore profondità (500 metri rispetto ai precedenti 200) e pompare volumi d’acqua superiori (1.500 m³/giorno, rispetto ai precedenti 500 m³/giorno a basso salto). L’efficienza è migliorata notevolmente e la progettazione di nuove pompe e motori ha aumentato la capacità di erogazione degli impianti di qualsiasi potenza e dimensione.
• I prezzi dei pannelli fotovoltaici sono diminuiti in maniera esponenziale. La grande richiesta di moduli fotovoltaici integrati alla rete ha generato enormi economie di scala a livello di produzione aumentando la competizione sul mercato. Anche il prezzo del silicone, la materia prima principale, è diminuito sensibilmente.
  
• Il numero di produttori e rivenditori di sistemi SWP è cresciuto. Non esistono più i vecchi monopoli e nonostante le continue innovazioni tecnologiche delle aziende leader, rimane molto forte la competizione sui prezzi, sulle prestazioni e sulla qualità.
  
• Le diffusione delle pompe a energia solare va di pari passo con una crescente consapevolezza. Le buone notizie viaggiano rapidamente e la richiesta di SWP aumenta sul mercato rispetto ai sistemi di pompaggio tradizionali. Emergono nuove opportunità mentre intense campagne di sensibilizzazione e divulgazione informano sulle prestazioni dei sistemi e sui vantaggi economici. In questo contesto una riconfigurazione dei sistemi di pompaggio a motore diesel rappresenta un mercato che potrebbe offrire nuove opportunità di risparmio.

Esistono varie opzioni tecnicamente praticabili per i nuovi sistemi di pompaggio, che in genere vengono identificati in base alla fonte di energia che utilizzano come pompe diesel, eoliche, solari ecc. L’analisi costi-benefici (ACB) è spesso utilizzata per valutare i vantaggi economici di opzioni di investimento alternative. I sistemi di pompaggio hanno normalmente una vita utile di 20 anni, durante la quale è necessario sostenere vari costi, alcuni all’inizio e altri in momenti diversi dell’intero ciclo. Lo studio dei costi sostenuti nel corso dell’intera vita utile di un sistema viene spesso chiamato analisi del costo del ciclo di vita (analisi LCC). Tale analisi è particolarmente importante per i progetti con energie rinnovabili visto l’elevato investimento iniziale. Opzioni più tradizionali basate su combustibili fossili possono sembrare più economiche considerati i costi iniziali ridotti; tuttavia i costi di esercizio possono essere molto superiori durante l’intero ciclo di vita del progetto.

Un esempio proveniente dalla Tanzania illustra i vantaggi economici delle pompe a energia solare. Lo studio ha preso in esame esattamente 418 sistemi di pompaggio idrico con pompe idrauliche alimentate da generatori diesel, in aree rurali. I dati raccolti hanno consentito di confrontare i costi del ciclo di vita di un sistema tradizionale con quelli di un sistema a energia solare.

Il costo iniziale medio di un sistema di pompaggio con generatore diesel ammonta a circa 13.000 dollari. Nel corso dei 20 anni del ciclo di vita devono essere sostenuti costi annuali considerevoli per l’acquisto del combustibile diesel (la spesa annuale media per il combustibile ammonta a oltre 5.000 dollari, che corrisponde a circa il 40 percento dei costi iniziali) nonché costi di sostituzione periodici.

I sistemi di pompaggio a energia solare hanno costi iniziali più elevati (circa 30.000 dollari) e al decimo anno richiedono una spesa significativa per la sostituzione della pompa; tuttavia sono più che compensati dalla notevole riduzione dei costi energetici. Secondo i calcoli, i costi di conversione di un sistema di pompaggio diesel in uno a energia solare ammonterebbero a circa 59.000 dollari, ovvero il 36 percento in meno rispetto ai 93.000 dollari di un sistema diesel, con un ritorno dell’investimento in due-tre anni rispetto a una pompa diesel. Paragonato a un sistema diesel, quello a energia solare non solo è più efficiente in termini energetici ma è anche più vantaggioso economicamente rispetto ai suoi costi. 

Nella progettazione di un sistema di pompaggio a energia solare devono essere presi in considerazione vari parametri tra cui, il fabbisogno idrico (volume), raccolta delle acque, profondità dell’acqua (salto), posizione dei pannelli fotovoltaici e irraggiamento solare. Fortunatamente esiste un software gratuito e pratico che consente agli ingegneri di progettare facilmente sistemi di pompaggio a energia solare della potenza appropriata. Per accrescere la consapevolezza, la Banca Mondiale ha realizzato un semplice manuale che fa parte di un pacchetto più ampio sulle pompe a energia solare elaborato dalla Global Water Practice della Banca Mondiale, che comprende un’ampia documentazione tecnica, dei video tutorial e case study oltre a molto altro materiale. 

Le comunità rurali potrebbero non essere sempre in grado di gestire sistemi di pompaggio moderni e di provvedere alla loro manutenzione, e il settore privato da sempre viene coinvolto unicamente nella fase di costruzione. Tuttavia cosa succederebbe se le imprese costruttrici fossero vincolate da un contratto di manutenzione di quattro anni, comprensivo di estensioni di garanzie tramite contratti di costruzione e gestione con garanzia di buona esecuzione? Simili contratti a lungo termine sono spesso costosi a causa della distanza dei villaggi rurali. Tuttavia la fornitura di servizi di gestione e manutenzione potrebbe garantire comunque la realizzazione di economie di scala raggruppando 50 villaggi situati nella stessa regione e affidando i lavori e i servizi di manutenzione a un’unica impresa. Tale approccio avrebbe dei benefici derivanti dalla standardizzazione delle attrezzature, dal telerilevamento operato in tutti i 50 siti e dalla sostenibilità nel lungo periodo grazie alla possibilità che i villaggi coinvolti hanno di estendere il contratto di servizio oltre il periodo iniziale di quattro anni.

Mentre il modello appena illustrato potrebbe contribuire alla sostenibilità delle reti idriche rurali, la mancanza di finanziamenti nel settore è forse l’ostacolo maggiore al raggiungimento dell’Obiettivo di Sviluppo Sostenibile 6 (SDG6) - Garantire a tutti la disponibilità e la gestione sostenibile dell’acqua e delle strutture igienico-sanitarie. Colmare il deficit è da sempre un compito arduo per i governi e i finanziatori, in particolare se si considera che un sistema idrico di nuova costruzione su cinque si guasta entro i primi anni di vita. Prendiamo la Tanzania come esempio e stimiamo che ci siano 6.000 villaggi rurali privi di accesso all’acqua potabile. Ipotizziamo, inoltre, che un nuovo sistema idrico rurale per 3.000 persone costi 100.000 dollari, rimane un deficit di 600 milioni dollari per la realizzazione di nuove reti idriche rurali (senza considerare il ripristino dei sistemi esistenti e la necessità di ampliarli per soddisfare la domanda di una popolazione in crescita). In breve, è assolutamente necessario ripensare il modello di finanziamento tradizionale per il settore idrico rurale.

Il progetto attuato in Tanzania consiste in una combinazione delle tecnologie e degli approcci sopra descritti mirati a conservare i sistemi idrici rurali alimentati esclusivamente da generatori diesel e a fare pagare i clienti per avere l’acqua. Il progetto pilota si propone di dimostrare che le comunità rurali possono ripagare il 40 percento del capitale investito e dei contratti di manutenzione senza aumentare il prezzo dell’acqua. Il 40 percento sarà finanziato tramite un prestito a quattro anni della banca di sviluppo del governo della Tanzania TIB Development Bank. Il restante 60 percento sarà finanziato da un sussidio fornito da SIDA e dal governo dei Paesi Bassi attraverso la Global Partnership on Results-based Approaches (GPRBA) della Banca Mondiale. Il progetto pilota ha ricevuto assistenza anche dalla Global Water Security and Sanitation Partnership.

I vantaggi di questa iniziativa sono duplici. In primo luogo, consente di sfruttare il potere dei finanziamenti del settore privato per lo sviluppo delle comunità tramite combinazioni di sussidi e prestiti. In secondo luogo, consente di passare dalle pompe diesel a quelle a energia solare con benefici dimostrabili per l’ambiente e a livello economico in forma di riduzione delle emissioni di CO2 e di maggiori risparmi per quanto concerne i costi del ciclo di vita.

La raccolta mensile degli incassi nei villaggi rurali situati in zone remote pone ovviamente delle difficoltà. I distributori d’acqua automatici prepagati esistono ormai da una decina d’anni. Inizialmente i costi troppo elevati ne impedivano la diffusione, ma di recente alcuni progetti pilota in Africa Orientale hanno dimostrato che i prezzi stanno scendendo rapidamente. Con la digitalizzazione della raccolta degli incassi su un conto corrente bancario separato, questa tecnologia ha nei fatti portato a un incremento della raccolta del 50-400 percento nei villaggi rurali più remoti della Tanzania.

Nei prossimi due anni sarà possibile verificare se questo nuovo modello innescherà le sinergie previste. Il successo di un progetto pilota rappresenterebbe una rivoluzione in quanto i prestiti potrebbero essere estesi da quattro anni a 15-20 anni, consentendo alle comunità di coprire una notevole porzione dell’investimento per le loro reti idriche senza aumentare il prezzo dell’acqua, così colmando il deficit di finanziamento.

Stiamo vivendo in un’epoca in cui un progetto di finanziamento complesso riveste la stessa importanza di un’opera di ingegneria civile, e il superamento del deficit aprirà la strada a nuove opportunità per raggiungere gli SDGs. 

È un analista della Banca mondiale specializzato in acqua e servizi igienico-sanitari. Ha ricoperto vari incarichi presso la Banca mondiale a Washington DC e nel quadro del Programma alimentare mondiale delle Nazioni Unite. Negli ultimi otto anni, Welsien ha lavorato in Africa orientale, dove si è concentrato sul potenziamento della sostenibilità dell’approvvigionamento idrico nelle zone rurali e sul sistema di pompaggio idrico a energia solare.