ACQUA SOTTO CONTROLLO: UN FUTURO INTELLIGENTE Giovanni Bergna Lariana Depur S.p.A., Fino Mornasco, CO Referente industriale della Commissione gestione e depurazione acque del Cluster LE2C giovannibergna@lariana.it Con la collaborazione di Gianni Tartari - IRSA-CNR, Brugherio, MB Referente scientifico della Commissione gestione e depurazione acque del Cluster LE2C tartari@irsa.cnr.it Smart Metering Tecnologie di misura e controllo 4.0 nella gestione delle risorse idriche Monza, 23 Febbraio 2017 1

Gestione e depurazione delle acque OBBIETTIVI COMMISSIONE TEMATICA Gestione e depurazione delle acque RESPONSABILI Referente industriale: G. Bergna (Lariana Depur) Referente Ricerca: G. Tartari (IRSA CNR) OBIETTIVI Individuare e promuovere filiere di industrie lombarde che operano nella gestione e depurazione delle acque. Incentivare la partecipazione a progetti di ricerca e sviluppo nel settore, anche promuovendo iniziative a scala regionale, nazionale ed europea. Favorire l’approccio integrato nella gestione delle acque stimolando l’applicazione a scala industriale delle nuove tecnologie ICT, coinvolgendo le Istituzioni territoriali. 2

PREMESSA - 1 I cambiamenti globali presentano delle minacce senza precedenti per la società, con impatti sull’ambiente naturale e sulle infrastrutture. la crescita della popolazione mondiale e la conseguente urbanizzazione richiede lo sviluppo di infrastrutture e di ottimizzazione; il riscaldamento globale richiede massicci investimenti per l'adattamento ai cambiamenti climatici e per la protezione dagli eventi meteorologici; Il settore acqua è al centro delle sfide del XXI secolo. Un nuovo approccio e una diffusa implementazione della tecnologia sono ormai una necessità per la gestione efficace della risorsa idrica, del rischio di alluvioni e dell’inquinamento. 2

PREMESSA - 2 Le sfide Secondo l’OCSE, la domanda di acqua è destinata ad aumentare a livello globale del 55% tra il 2000 e il 2050. Entro il 2050, fino a 3,9 miliardi di persone, il 40% della popolazione del mondo, vivrà in aree con problemi idrici. I pericoli legati all’acqua rappresentano il 90% di tutti i pericoli naturali, e la loro frequenza e intensità sono in aumento anche a causa del riscaldamento globale. Nei paesi in via di sviluppo, l’acqua è la causa di problemi di salute per quasi la metà della popolazione e può essere collegata al 80% di tutte le malattie. Anche in Europa il superamento dei parametri microbiologici e chimici rappresentano una minaccia per la salute umana. 2

PREMESSA - 3 Perdite dalla rete Si stima che i sistemi di distribuzione perdono in media il 20% dell'acqua trasportata in Europa con grande variabilità tra i vari paesi In Italia si sprecano quantità enormi per colpa di infrastrutture carenti, obsolete e inadeguate. Le perdite delle reti acquedottistiche hanno percentuali differenziate: al Nord ci si attesta al 26%, al Centro al 46% e al Sud al 45%. 2

PREMESSA - 4 Le sfide del settore idrico richiedono un intervento immediato: la prossima scarsità di acqua richiede lo sviluppo delle risorse, la riduzione della domanda e una maggiore efficienza nel trattamento e distribuzione; la gestione del futuro rischio di alluvioni richiede un'azione immediata nella valutazione del rischio, nella difesa e nel contenimento degli effetti, nei sistemi di previsione e di allarme. 2

UN FUTURO DIGITALE PER L’ACQUA «Senza le principali innovazioni tecnologiche ci sono poche speranze di trovare un equilibrio nella gestione dell’acqua. Non vi è dubbio che molti cambiamenti tecnologici possono contribuire a migliorare i servizi per milioni di persone e ridurre lo stress sui sistemi idrici in tutto il mondo.» (World Water Council - 2009) Su scala mondiale, l’Information and Communication Technologies (ICT) è stata identificata come un fattore chiave per la crescita sostenibile per raggiungere l'efficienza e per sviluppare soluzioni tecniche alternative. L’Unione Europea ha individuato, come principale priorità per i prossimi 20 anni, l’’’ICT per una crescita sostenibile’’. 2

SIAMO PRONTI? Futuro - Smart water Anni ‘80 - controlli elettromeccanici Anni ‘90 – automazione PLC, SCADA, … Anni 2000 – sensoristica, logiche complesse, … Futuro - Smart water SIAMO PRONTI? Il paradigma “smart” coniugato con ‘’water’’ viene utilizzato per descriverne la coniugazione del ciclo idrico con l’ICT. Il ciclo integrato delle acqua sta, lentamente, adottando le opportunità del settore ICT, sia in termini di strumentazione che di tecnologie di controllo. 2

AMBITI DI APPLICAZIONE Il ciclo dell’acqua può essere suddiviso in tre ambiti a cui sono associati attività specifiche e processi di business: Protezione dell'ambiente naturale e degli ecosistemi Ciclo dell’acqua Mitigazione dei pericoli naturali e prevenzione delle catastrofi Considera le azioni necessarie per valutare gli impatti sull’ambiente relativi agli usi specifici dell'acqua e comprende anche tutte le azioni di conservazione degli ecosistemi correlati all’acqua; Comprende le azioni relative ai rischi naturali (inondazioni, malattie ed epidemie trasmesse dal vettore acqua, siccità, frane e valanghe, …); Uso dell’acqua Si riferisce all'uso dell’acqua per l'agricoltura, l'industria, la produzione di energia e le famiglie, all’utilizza per la pesca, attività ricreative, trasporto, ...

USI DELL’ACQUA L’ «uso dell’acqua» rappresenta l’ambito più rilevante per lo sviluppo e l’implementazione delle soluzioni ICT. ENERGIA AGRICOLTURA TRASPORTI NAVIGAZIONE ACQUACOLTURA INDUSTRIA USI URBANI ATTIVITA’ RICREATIVE Le attività in cui sono applicate le soluzioni sono: rilevamento, monitoraggio, progettazione, realizzazione, gestione.

SENSORI L’acquisizione dei dati attraverso sensori situati nel ciclo dell'acqua ha una posizione chiave nel concetto di smart water. La tecnologia dei sensori è in rapida trasformazione sotto tre profili: Più piccoli. I rapidi progressi in campi come le nanotecnologie e micro sistemi elettro-meccanici (MEMS), hanno portato a versioni ultra-compatta di sensori tradizionali e ispirato la creazione di sensori basati su nuovi principi. Più intelligenti. L’esponenziale crescente potere della microelettronica ha reso possibile creare sensori con intelligenza propria. In linea di principio, oggi i sensori possono memorizzare e elaborare i dati sul posto, selezionando solo gli elementi più rilevanti e critici da segnalare (ubiquitous computing) con sistemi di allarme e di monitoraggio che possono evitare la struttura centralizzata. Più mobili. La rapida proliferazione di tecnologie di rete wireless ha eliminato i vincoli: oggi, molti sensori rimandano loro dati da postazioni remote o anche mentre sono in movimento.

INTERNET OF THINGS Il concetto di IoT (collegamento in rete tra oggetti di uso quotidiano, compresi smartphone e tablet, social media, connessioni veloce a banda larga e strumentazione in tempo reale) è un potente strumento che consente di raccogliere e sfruttare tutti i dati dall'ambiente e realizzare smart cities. La potenzialità della IoT può essere moltiplicata dall’utilizzo dei social networks. Per quanto riguarda l'uso dell'acqua e la sua percezione, è possibile sviluppare nei cittadini e nelle parti interessate la consapevolezza di un bene prezioso e potenzialmente scarso e la dovuta attenzione come «forza della natura». 2

BIG DATA La quantità e la complessità dei sensori e dei dati ambientali sta crescendo rapidamente. L’espressione 'Big Data' può allora diventare una realtà per il settore idrico: basti pensare al momento in cui i contatori intelligenti diventeranno uno standard applicato per tutti gli utenti. I dati potrebbero essere utilizzati, unitamente software di mappatura e modelli idraulici, per mappare i consumi, identificare le perdite, individuare fonti di inquinamento, …. Organizzare, gestire, supportare ed elaborare i dati prodotti, è una sfida tecnica notevole che richiede anche un approccio multidisciplinare e l’utilizzo di tecniche di grid e cloud computing, hydro-informatics, machine learning, … 2

PROBLEMATICHE APERTE PER R&S Il rapido sviluppo delle soluzioni ICT permette oggi di entrare in un nuova area che può essere caratterizzato dall'idea di passare da una scarsità di dati a un flusso continuo, ma: non esistono standard di comunicazione e di dati; le soluzioni disponibili sono ancora frammentate, non soddisfano le esigenze degli utilizzatori e non sono aperte e standardizzate; sono ancora necessarie operazioni «manuali» per utilizzare le fonti di dati; sono da sviluppare applicazioni user friendly per combinare e visualizzare dati in tempo reale e statici. E’ necessario che le soluzioni ICT siano sviluppate secondo una visione coerente ed integrata. Lo sviluppo di questo approccio richiede una stretta collaborazione tra i il settore ICT e di gestione dell’acqua. 2

PRIORITA’ DEGLI INVESTIMENTI Il settore dell’acqua (ciclo urbano) in Europa (EUREAU 2009): 70.000 operatori - 600.000 posti di lavoro Le infrastrutture del servizio idrico: 3,5 milioni di km di reti di acqua potabile, 2,2 milioni di km di acque reflue reti e 70.000 depuratori. Nonostante la dimensione del settore e i progressi tecnologici, ci sono ancora pochi investimenti dedicati alle soluzioni ICT per la gestione (e.g.: il controllo dei parametri di funzionamento e della qualità delle acque in diversi punti delle reti, la misurazione dei consumi, i contatori ‘’intelligenti’’, ecc). € 20 miliardi/anno - stima di investimenti europei per riqualificare le reti idriche nei prossimi 10-30 anni. Ci sarà spazio per una significativa crescita dell’ICT nel ciclo dell’acqua? 2

… E IN ITALIA Attualmente investiamo 1,8 miliardi di euro l’anno nel servizio idrico, circa 34 euro pro capite. Uno scenario coerente con il volume degli investimenti registrati nelle maggiori economie europee e che ambisca a recuperare il ritardo accumulato negli ultimi 20 anni dovrebbe prevedere almeno 5 miliardi di euro l’anno (90 euro/abitante anno) coerenti con le migliori esperienze nazionali e internazionali. 2

GRAZIE PER L’ATTENZIONE info@energycluster.it Giovanni Bergna Referente industriale della Commissione gestione e depurazione acque del Cluster LE2C giovannibergna@lariana.it Gianni Tartari Referente scientifico della Commissione gestione e depurazione acque del Cluster LE2C tartari@irsa.cnr.it