LIFE 15 MARINA PLAN PLUS

In Ottobre 2016 è ufficialmente partito LIFE15 ENV/IT/000391 Marina Plan Plus, innovativo progetto contro l’insabbiamento dei porti. Cofinanziato da EASME (Agenzia Europea per le Piccole e Medie Imprese), il Marina Plan Plus è uno dei 15 progetti europei, fra i centinaia presentati da tutti i paesi europei, che nel 2016 ha ricevuto il finanziamento nel settore “Water”.

Trevi, azienda leader mondiale nell’ingegneria del sottosuolo, è il coordinatore del gruppo di ricerca che racchiude anche l’Università di Bologna, il Comune di Cervia e ICOMIA (International Council of Marine Industry Association).

Il progetto ha ricevuto da EASME un finanziamento di circa 1.5 milioni di euro, avrà una durata complessiva di 39 mesi e terminerà il 31 Dicembre 2019. L’obiettivo principale del gruppo di lavoro è quindi quello di incrementare la fruibilità del porto di Cervia grazie al mantenimento della quota del fondale dell’imboccatura alla profondità ottimale per il transito dei mezzi in ingresso e in uscita.

Per fare questo sono previste diverse attività che, partendo da test di laboratorio, batimetrie e analisi dei sedimenti permetteranno tra un anno circa l’installazione dell’impianto sperimentale di mantenimento della quota del fondale in corrispondenza dell’imboccatura del porto. Grazie alle caratteristiche e alle dimensioni dell’impianto sperimentale che sarà montato, esso non avrà alcun impatto sui transiti attraverso la bocca di porto, nonché sulle attività sui moli.

Stato dell’arte

Il processo di dragaggio prevede la rimozione di sedimenti depositatisi in condizioni naturali usando sia mezzi meccanici, sia mezzi marittimi:
− Dragaggio idraulico: rimozione attraverso teste fresanti ed attrezzature di raccolta e convogliamento del sedimento risospeso di varie tipologie ed allontanamento mediante tubazione, solitamente nell’ambito di lavori di manutenzione. Il sedimento è rimosso e trasportato sotto forma di sospensione fluida pompabile.
− Dragaggio meccanico: rimozione di materiali sciolti o compatti mediante draghe a benna o bucket, sia per lavori di manutenzione, sia per nuovi lavori. Le draghe meccaniche rimuovono i sedimenti dal fondale attraverso l’applicazione diretta di una forza meccanica per muovere e scavare il materiale, che mantiene pressoché inalterate le sue caratteristiche fisiche.

Dopo che il sedimento è scavato, è trasportato al sito di deposizione o di stoccaggio. La qualità delle acque da garantire sia in corrispondenza del sito di estrazione, sia del sito di deposizione è un parametro di fondamentale importanza nella scelta della tecnologia di dragaggio da applicare. Il dragaggio idraulico può limitare l’impatto e la risospensione di sedimenti nel punto di estrazione, e spesso è la prima scelta nel caso in cui il dragaggio sia da eseguire in acque interne o in aree vicine a recettori sensibili all’eventuale incremento della torbidità. Tuttavia, dato che il dragaggio idraulico asporta una quantità d’acqua molto maggiore del volume di sedimento rimosso, deve essere effettuato un rigido controllo delle portate e della qualità delle acque al sito di destinazione. Al contrario, il dragaggio meccanico produce solamente un piccolo incremento di acqua al sito di destinazione; per tale motivo il dragaggio meccanico è normalmente scelto quando le limitazioni dovute al volume del sito di destinazione sono il problema primario. D’altronde, il dragaggio meccanico spesso genera un maggiore disturbo e risospensione dei sedimenti nel punto di scavo. Gli impatti negativi delle operazioni di dragaggio possono essere riassunti come segue:

− Impatto sulla qualità delle acque: il dragaggio incide sulla torbidità, la risospensione di solidi e altre variabili che modificano la luminosità, la quantità di ossigeno disciolto, i nutrienti, la salinità, la temperatura, il pH e la concentrazione di metalli e contaminanti organici eventualmente presenti nei sedimenti.
− Impatto sui sedimenti: incremento della sedimentazione nelle aree approfondite con nuovi progetti di dragaggio, modifiche locali del chimismo aria-acqua e possibile franamento di materiale dalle scarpate delle aree approfondite.
− Risospensione degli agenti contaminanti: il dragaggio genera sospensione degli agenti contaminanti, nel caso in cui la contaminazione riguardi i sedimenti superficiali. Potenzialmente, Il dragaggio dei sedimenti contaminati potrebbe rilasciare i suddetti agenti contaminanti sulla colonna d’acqua, e provocarne l’assorbimento da parte degli organismi viventi. − Impatto sulle risorse biologiche: gli impatti a breve termine includono cambiamenti locali inerenti all’abbondanza o alla varietà delle specie che si verificano durante le operazioni di dragaggio o nel periodo immediatamente successivo. Gli impatti a lungo termine riguardano i cambiamenti permanenti relativi all’abbondanza o alla varietà delle specie. Gli impatti diretti sarebbero attribuibili all’attività di dragaggio, come ad es. una perdita diretta di habitat del fondale o una temporanea riduzione della torbidità indotta nelle colonie di posidonia adiacenti ai siti di dragaggio.

Nella EU, si refluiscono ogni anno, nei pressi delle aree costiere, all’incirca 140 milioni di tonnellate (come sostanza secca) di materiale dragato. L’impatto del materiale dragato sul fondo marino può essere di diverso tipo: si va dalle differenze fisiche nella struttura dei sedimenti alle riduzioni significative del numero delle specie che vi abitano, poiché lo smaltimento del materiale dragato sul fondo marino può nuocere agli animali che si nutrono dei sedimenti, scatenando un potenziale effetto domino fino all’apice della catena alimentare.

L’esigenza di migliorare le operazioni, nonché le attrezzature e le tecniche di manutenzione per la movimentazione dei sedimenti si è rivelato un elemento vantaggioso in termini di ricerca e innovazione. I sistemi di movimentazione della sabbia sono stati creati al fine di ripascere artificialmente le fasce litoranee. Tali sistemi realizzano un approccio strategico che è completamente differente dal dragaggio: il dragaggio rimuove i sedimenti non appena si raggiungono le condizioni critiche o, in ogni caso, non appena si raggiungono le condizioni che giustificherebbero l’utilizzo del dragaggio stesso, mentre I sistemi di movimentazione della sabbia effettuano la rimozione dei sedimenti in modo continuativo, senza dover aspettare, pertanto, che si verifichino condizioni critiche per la navigazione. Sono stati sviluppati ed impiegati diversi sistemi in tutto il mondo. Tra le varie tecnologie utilizzate, la pompa jet presenta grandi potenzialità come componente primario del sistema di movimentazione della sabbia, poiché richiede un numero ridotto di personale, è facile da trasportare e può essere assemblata a costi ragionevoli: si tratta inoltre di una tecnologia affidabile, poiché viene applicata sin dal 1976 per affrontare le problematiche relative al management costiero. La pompa jet è un dispositivo che trasferisce il momento da un flusso jet primario ad alta velocità ad un flusso secondario. Il flusso jet primario entra a contatto col flusso di suzione all’uscita dell’ugello e lo trascina nella pompa jet, generando e mantenendo attivo un flusso secondario per suzione della massa d’acqua circostante. Le particelle solide, se presenti, vengono trascinate nel flusso secondario e dunque introdotte nella camera di miscelazione, dove questo flusso e il fluido di spinta sono ulteriormente mescolati, trasferendo il momento e recuperando pressione. Quindi lo slurry passa attraverso un diffusore e da lì in un tubo di scarico fino a raggiungere un punto di scarico (o una pompa di rilancio).

Innovazione

Il Dipartimento di Ingegneria Industriale (DIN) dell’Università di Bologna, in collaborazione con Plant Engineering Srl (Bologna, Italia), ha sviluppato e testato un impianto innovativo per I lavori di manutenzione del fondale marino caratterizzato dal fatto che l’elemento principale, chiamato “eiettore”, è una pompa jet aperta (i.e. senza una camera di suzione chiusa e bocca di miscelazione) con una sezione convergente invece di un diffusore.

La suzione dell’eiettore è determinata dal comportamento di un jet di fluido che fuoriesce liberamente da un buco (diametro dell’ugello d) verso un ambiente aperto. In queste condizioni, il jet incrementa il proprio flusso, da una sezione di ingresso ad una sezione di uscita, a causa del flusso assorbito all’interno del jet stesso (e proveniente) dall’ambiente circostante: l’alta velocità del jet crea un’area di bassa pressione fuori dall’ugello portando il pompaggio del secondo flusso verso un punto di minima pressione. Di conseguenza, si verifica uno scambio di momento tra le due correnti che dà origine ad un’unica corrente uniforme che scorre a velocità intermedia tra il flusso primario e quello secondario. L’eiettore viene utilizzato come dispositivo fisso posizionato sul fondale marino e operante su un’area limitata il cui diametro dipende dalle caratteristiche del sedimento come, ad esempio, l’angolo di riposo. Integrando gli eiettori in serie ed in parallelo è possibile creare un canale navigabile. Ciascun eiettore aspira un miscuglio di acqua e sedimenti la cui composizione dipende dalle caratteristiche geometriche dell’eiettore (in particolare, dal diametro d dell’ugello), dalla portata in ingresso e dalle caratteristiche del sedimento e del fondale marino.

L’impianto è stato progettato per realizzare una miscela solida/liquida, normalmente tra 1-5%, ottenendo dunque una concentrazione molto bassa di materiale solido. Di conseguenza, non si verifica alcuna torbidità né risospensione dovute all’attività dell’impianto sia vicino agli eiettori, sia in prossimità del punto di uscita dei tubi di scarico. I punti di uscita dei tubi di scarico dell’impianto sono posizionati in favore di corrente per consentire una rimozione naturale del sedimento. Pertanto, gli eiettori si limitano semplicemente a spostare i sedimenti che sono naturalmente trasportati dalle correnti marine da una posizione che, per quanto riguarda il mantenimento di una determinata profondità dell’acqua, risulta critica, fino ad un’altra posizione in cui i sedimenti stessi possono essere nuovamente trasportati dalle correnti da un’altra parte o comunque in un punto dove non rappresentano un ostacolo alla navigazione. L’impianto opera con un bilancio di massa pari a zero, poiché i sedimenti trasportati dalle correnti marine sono quelli che l’impianto allontana dall’ingresso del porto.

L’impianto lavora in modo continuativo (24 ore al giorno, 7 giorni a settimana), così da poter garantire la navigabilità per tutto l’anno. Per ultimo, l’impianto può essere utilizzato come sostitutivo del dragaggio persino nelle operazioni di rimozione dei sedimenti che prevedono il trattamento degli stessi. Esistono parecchie tecnologie per il trattamento dei sedimenti, incluso quelli contaminati, come il soil washing o la wet oxidation o come la tecnologia sviluppata e testata nell’ambito del progetto LIFE SEDI.PORT.SIL, che prevede l’estrazione di silice dai sedimenti dragati. L’impianto può essere facilmente integrato con questo tipo di tecnologie: i sedimenti risultano più diluiti rispetto a quelli prodotti dal dragaggio, ma il continuo lavoro consente di ridurre le dimensioni dell’impianto.

Dimostrazione

Nel passato sono stati realizzati e testati due impianti pilota:

- il primo (co-finanziato dal Programma Regionale dell’Emilia- PRIITT 2003-2005) prevedeva la realizzazione di un primo impianto sperimentale a Riccione (Italia);
- il secondo (co-finanziato dal Programma Operativo Regionale dell’Emilia-Romagna POR-FESR 2007-2013, “Support for collaborative research projects of SMEs dawith research laboratories and centres for innovation”) prevedeva la realizzazione di un prototipo di impianto in piccola scala a Portoverde (Italia).

Il primo impianto, realizzato nel 2005, è stato progettato e costruito solo al fine di testare gli eiettori. Questo impianto sperimentale è rimasto in funzione per tutto il periodo estivo e ha garantito una profondità dell’acqua all’ingresso del porto di Riccione di circa 3 metri. Il secondo impianto, realizzato nel 2012, rappresentava la prima applicazione industriale su piccola scala. Dopo alcuni miglioramenti effettuati sia sul settaggio dell’impianto, sia sulla geometria degli eiettori, l’impianto ha continuato a lavorare senza interruzioni da Settembre 2013 ad Aprile 2014 garantendo più di 2 metri di profondità dell’acqua all’ingresso del porto di Portoverde. Il secondo impianto era caratterizzato da un grado di automazione più elevato, costi di gestione inferiori e un più basso consumo di energia (circa il 40%) rispetto al primo. MARINAPLAN PLUS prevede di realizzare un primo impianto industriale dimostrativo. Le dimensioni a grande scala sono importanti per valutare i costi operativi e di gestione, nonché per monitorare l’impatto dell’impianto sulla flora e fauna marine e sui rumori presenti sul fondale. L’impianto dimostrativo verrà realizzato nel Porto di Cervia, Italia