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Terra e Geoingegneria

Shade balls di Los Angeles: genio low cost o problema spostato?

96 milioni di sfere nere in polietilene coprono dal 2015 il Los Angeles Reservoir: servono contro il bromato, ma costano acqua altrove. Il bilancio completo.

Veduta aerea del Los Angeles Reservoir coperto da milioni di sfere nere di polietilene, sotto la luce del mattino

Il 10 agosto 2015 le ultime 20.000 sfere hanno portato a 96 milioni la copertura dei 175 acri del Los Angeles Reservoir.

Le 96 milioni di sfere nere che galleggiano sul Los Angeles Reservoir non servono in primo luogo a risparmiare acqua: il gestore, LADWP, ha sempre dichiarato che l'obiettivo era proteggerne la qualità.[1] Il nemico è il bromato, un sottoprodotto della disinfezione che si forma quando il cloro incontra il bromuro naturale e la luce solare, e le sfere lo evitano togliendo il sole dalla reazione.[2][3] Un'analisi del 2018 ha poi calcolato che fabbricarle può aver richiesto fino a 2,9 milioni di m³ d'acqua, un conto che non boccia la scelta ma mostra dove è finito il costo.[4]
Costo dell'iniziativa
34,5 mln $
Progetto LADWP per la qualità dell'acqua, completato il 10 agosto 2015[5]
Capacità del bacino
3,3 mld gal.
Acqua per l'intera città fino a tre settimane, a Sylmar[6]
Pareggio idrico stimato
2,5 anni
Impiego necessario per recuperare l'acqua spesa per produrle[7]

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Perché un serbatoio scoperto di Los Angeles produce bromato

Il Los Angeles Reservoir, nel Van Norman Complex di Sylmar, contiene 3,3 miliardi di galloni, quanto basta per rifornire l'intera città fino a tre settimane.[6] L'acqua arriva dall'impianto di filtrazione dell'acquedotto, dove l'ozonizzazione imposta dall'EPA statunitense lascia come sottoprodotto il bromato, ed è proprio il bromato il bersaglio dichiarato delle sfere.[8] In un bacino scoperto il composto si forma anche per un'altra via: il cloro usato per disinfettare, il bromuro naturale e la luce solare reagiscono tra loro e producono un sospetto cancerogeno.[9]
La logica ingegneristica è lineare: se il sole è il reagente che fa scattare la reazione, basta toglierlo. Con la superficie schermata la reazione che forma il bromato non può avvenire.[3] Il metodo è in uso nei bacini scoperti di LADWP dal 2008, a partire da quello di Ivanhoe, e frena anche le fioriture di alghe.[10][9]
Dietro c'è anche una scadenza normativa: l'uso delle sfere aiuta LADWP a rispettare la Stage 2 DBP Rule dell'EPA sui sottoprodotti della disinfezione, mentre l'obbligo di coprire, bypassare o trattare l'acqua previsto dalla regola LT2 resta in piedi e, secondo LADWP nel 2015, sarà soddisfatto con un secondo impianto a raggi UV.[11] Vincoli simili orientano molti interventi di ingegneria ambientale su scala territoriale: il bersaglio è una reazione chimica, non il volume d'acqua.

Come lavorano 96 milioni di sfere di polietilene nero

Ogni sfera è un guscio di polietilene nero riempito d'acqua, zavorra che le impedisce di volare via con il vento.[12] Con un diametro di circa 10 centimetri, ne galleggiano 96 milioni sui 175 acri del bacino.[13] L'ultimo lotto, 20.000 sfere rovesciate lungo le scarpate il 10 agosto 2015, si è aggiunto alle 95.980.000 già in posa.[14] Secondo LADWP la copertura svolge tre compiti:[15]
  • impedisce le reazioni chimiche innescate dal sole;
  • scoraggia uccelli e altra fauna;
  • protegge l'acqua da pioggia e polvere trasportata dal vento.
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Il nero è carbon black, uno stabilizzante UV che garantisce alle sfere almeno dieci anni di vita utile, e il materiale è certificato NSF per il contatto con acqua potabile.[16] Senza il pigmento, la plastica esposta al sole californiano si degraderebbe molto prima.
A 0,36 dollari l'una le sfere non richiedono costruzione, parti, manodopera né manutenzione, salvo una rotazione occasionale.[17] Il monitoraggio quotidiano di LADWP non ha rilevato effetti termici anomali né proliferazione batterica dovuti alla copertura.[18]

0,36 $

Il prezzo di una sfera, moltiplicato per 96 milioni di pezzi, coincide quasi con i 34,5 milioni di dollari dell'intera iniziativa.[5][17]

Le alternative: una diga, due coperture flottanti e oltre 300 milioni

Prima delle sfere la strada ortodossa era costruire. LADWP ha considerato di dividere il bacino in due con una diga divisoria e di installare due coperture flottanti, un pacchetto che sarebbe costato oltre 300 milioni di dollari.[19] Per Harasick, dirigente di LADWP, la costruzione era infattibile: l'immensa superficie avrebbe richiesto due coperture separate e una diga.[20] L'iniziativa da 34,5 milioni è costata poco più di un decimo di quel pacchetto.
OpzioneCosto indicatoLimite
Diga divisoria più due coperture flottantiOltre 300 milioni di dollari (LADWP)[19]Costruzione giudicata infattibile per l'ampiezza della superficie[20]
Una sola copertura flottanteCirca 250 milioni di dollari (altra stima)[21]Troppo costosa per il Los Angeles Reservoir[21]
Shade balls34,5 milioni di dollari, 0,36 dollari a sfera[5][17]Vita utile di progetto di circa dieci anni[16]
Altre ricostruzioni indicano circa 250 milioni per una sola copertura flottante sui 175 acri;[21] la cifra cambia con lo scenario, e il riferimento resta il comunicato di LADWP. Sui bacini più piccoli la scelta è andata diversamente: a Elysian e a Upper Stone Canyon, secondo Governing nel 2015, le sfere sarebbero state sostituite da coperture flottanti e per Ivanhoe era in corso la messa fuori servizio, così le sfere restano solo al Los Angeles Reservoir, dove una copertura costerebbe troppo.[21]
Secondo LADWP nel 2016 il progetto è stato un successo e sarà l'ultimo uso della tecnologia nel proprio sistema.[22] Quanto alla replicabilità, Harasick osserva che l'azienda ha problemi di qualità dell'acqua adatti alle sfere e probabilmente rari tra le altre aziende idriche.[23]

Il conto nascosto: l'acqua spesa per fabbricare le sfere

Nel luglio 2018 Erfan Haghighi, Kaveh Madani e Arjen Hoekstra hanno pubblicato su Nature Sustainability una comunicazione breve che misura l'impronta idrica della soluzione di Los Angeles.[24] Il punto di partenza è la materia prima: il polietilene richiede petrolio, gas naturale ed elettricità, tre filiere che consumano molta acqua.[25] Produrre 96 milioni di sfere con lo spessore standard di 5 mm avrebbe assorbito fino a 2,9 milioni di m³, contro i circa 1,7 milioni risparmiati durante la permanenza sul bacino, un anno e mezzo.[4][26]
Con questi numeri il pareggio arriva dopo circa due anni e mezzo di impiego, e per ogni goccia risparmiata più di una sarebbe stata consumata altrove nel Paese o nel mondo.[7][27] Fuori da una siccità le sfere frenano meno l'evaporazione, quindi il pareggio richiederebbe più tempo.[28] Un'altra sintesi del lavoro parla di circa 1,2 milioni di m³ di evaporazione in meno all'anno: le cifre non coincidono alla lettera, ma stanno nello stesso ordine di grandezza.[29]
Madani precisa che lo studio non condanna le sfere: il loro costo ambientale va considerato insieme ai benefici.[30] Il suo rilievo riguarda le soluzioni tecniche rapide, di cui siamo bravi a produrre molte e di cui spesso trascuriamo gli effetti secondari e di lungo periodo.[31] Un altro caso di soluzione rapida da rivedere strada facendo è la Grande Muraglia Verde del Sahel.

Dieci anni dopo: durata delle sfere e cosa resta da verificare

La vita di progetto è di almeno dieci anni per LADWP, che la attribuisce al carbon black,[16] e dieci anni è anche la stima per le 96 milioni di sfere del Los Angeles Reservoir.[32] I produttori di sfere in polietilene parlano invece di circa 25 anni.[12] Le due stime restano distanti e nessun dato pubblico le concilia.
Completata la copertura nell'agosto 2015,[5] la scadenza teorica dei dieci anni cade nell'estate 2025. L'intenzione dichiarata era rimuovere, riciclare e sostituire le sfere a fine vita.[33] Sullo stato attuale del bacino, cioè se porti ancora le stesse sfere o un lotto sostitutivo, non è disponibile alcun comunicato di LADWP verificabile, e va considerato non confermato.

Dieci o venticinque anni?

Le due durate non sono equivalenti: LADWP progetta le sfere per almeno dieci anni, mentre le cifre dei produttori arrivano a circa 25. Citare i 25 anni per il Los Angeles Reservoir significa attribuirgli una vita non dichiarata dal gestore.[16][12]
Il caso insegna a leggere insieme due conti. La scelta è costata 34,5 milioni di dollari, ha evitato opere da oltre 300 milioni[5][19] e protegge la qualità dell'acqua di una grande città; in compenso trasferisce altrove un consumo idrico che nessun contatore del serbatoio registra. Il biocontrollo del rospo delle canne in Australia è l'esempio opposto, quello in cui il costo nascosto è sfuggito a ogni misura: qui almeno è stato quantificato.

Domande frequenti

Cosa sono le shade balls di Los Angeles e a cosa servono?
Sono 96 milioni di sfere di polietilene nero, riempite d'acqua e larghe circa 10 centimetri, che dal 2015 coprono il Los Angeles Reservoir di Sylmar. Servono soprattutto a impedire che la luce solare inneschi la formazione di bromato nell'acqua trattata; la riduzione dell'evaporazione e delle alghe è un beneficio collaterale.

Le shade balls di Los Angeles riducono davvero l'evaporazione?
Sì, ma non è lo scopo principale. Lo studio del 2018 stima circa 1,7 milioni di m³ d'acqua risparmiati nell'anno e mezzo di permanenza sul bacino, durante la siccità; un'altra sintesi parla di circa 1,2 milioni di m³ all'anno. Fuori dalla siccità l'efficacia contro l'evaporazione sarebbe minore.

Quante sfere ci sono e quanto sono costate?
Sul bacino ci sono 96 milioni di sfere: l'ultimo lotto da 20.000 è stato posato il 10 agosto 2015, a completamento di un'iniziativa da 34,5 milioni di dollari. Ogni sfera costa 0,36 dollari e non richiede costruzione né manutenzione, salvo una rotazione occasionale.

Cos'è il bromato e perché il sole è il problema?
Il bromato è un sospetto cancerogeno che si forma quando il cloro usato per disinfettare si mescola al bromuro naturale dell'acqua in presenza di luce solare. Le sfere tolgono il sole dalla reazione, che così non può avvenire, e aiutano LADWP a rispettare la Stage 2 DBP Rule dell'EPA.

Lo studio di Nature Sustainability dice che le shade balls sono un errore?
No. Haghighi, Madani e Hoekstra stimano che produrre le sfere consumi fino a 2,9 milioni di m³ d'acqua, con un pareggio dopo circa due anni e mezzo di impiego. Madani stesso precisa che non si vuole dichiarare le sfere un male da evitare, ma contare il loro costo ambientale insieme ai benefici.

Quanto durano le shade balls?
LADWP parla di almeno dieci anni, grazie al carbon black che stabilizza la plastica contro i raggi UV. I produttori di sfere simili citano circa 25 anni. Le due stime non sono state conciliate, e per il Los Angeles Reservoir fa fede quella del gestore.

Le shade balls sono ancora sul Los Angeles Reservoir oggi?
La scadenza teorica dei dieci anni cade nell'estate 2025 e LADWP aveva previsto di rimuovere, riciclare e sostituire le sfere. Non è disponibile alcun comunicato verificabile sulla loro condizione attuale o su una sostituzione, quindi lo stato odierno del bacino non è confermato.

Perché le sfere non sono usate negli altri bacini di Los Angeles?
A Elysian e a Upper Stone Canyon, secondo Governing nel 2015, le sfere sarebbero state sostituite da coperture flottanti, mentre per Ivanhoe era in corso la messa fuori servizio. Per LADWP il Los Angeles Reservoir era il solo caso in cui una copertura costruita sarebbe stata troppo costosa, e nel 2016 l'azienda ha dichiarato che sarebbe stato l'ultimo uso della tecnologia.

Fonti

33 riferimenti Mostra
  1. ladwpnews.com — Fact check foxnews coms story entitled la black ball reservoir rollout potential disaster in the making say experts is inaccurate based on uninformed assumptions (si apre in una nuova scheda)

    «Their implementation has always been for water quality protection with other benefits such as water conservation and cost savings for our rate payers»

  2. governing.com (si apre in una nuova scheda)

    «Once chlorine, which is used for disinfection, is added and mixes with sunlight, bromate is formed.»

  3. governing.com (si apre in una nuova scheda)

    «the use of shade balls removes sunlight from the equation and this chemical reaction that makes bromate cannot occur.»

  4. imperial.ac.uk (si apre in una nuova scheda)

    «Producing 96 million balls of standard 5mm thickness would use up to an estimated 2.9 million cubic metres of water.»

  5. ladwpnews.com — Mayor garcetti announces completion of innovative shade ball cover project at los angeles reservoir (si apre in una nuova scheda)

    «marking completion of a $34.5 million initiative to protect the city’s water quality.»

  6. ladwpnews.com — Mayor garcetti announces completion of innovative shade ball cover project at los angeles reservoir (si apre in una nuova scheda)

    «Holding a total of 3.3 billion gallons, enough to supply the entire city of Los Angeles for up to three weeks, the L.A. Reservoir is located in LADWP’s Van Norman Complex in Sylmar.»

  7. imperial.ac.uk (si apre in una nuova scheda)

    «The study team from Imperial, M.I.T. and the University of Twente predict the balls would have to be deployed for two and half years before the water they saved matched the water they used.»

  8. ladwpnews.com — Fact check foxnews coms story entitled la black ball reservoir rollout potential disaster in the making say experts is inaccurate based on uninformed assumptions (si apre in una nuova scheda)

    «The shade balls are used to address bromate, a byproduct of LADWP’s ozonation process in its LA Aqueduct Filtration Plant—another US EPA-mandated process.»

  9. npr.org (si apre in una nuova scheda)

    «The water needs to be shaded because when sunlight mixes with the bromide and chlorine in Ivanhoe's water, the carcinogen bromate forms, said Pankaj Parekh, DWP's director for water quality compliance.»

  10. ladwpnews.com — Mayor garcetti announces completion of innovative shade ball cover project at los angeles reservoir (si apre in una nuova scheda)

    «The innovative, in-house solution has been used in LADWP’s open-air reservoirs since 2008 to block sunlight, prevent chemical reactions and curtail algae blooms.»

  11. ladwpnews.com — Fact check foxnews coms story entitled la black ball reservoir rollout potential disaster in the making say experts is inaccurate based on uninformed assumptions (si apre in una nuova scheda)

    «LADWP’s decision to use shade balls at Los Angeles Reservoir will help the utility comply with the»

  12. nationalgeographic.com (si apre in una nuova scheda)

    «Made of black polyethylene, shade balls are filled with water so they don’t blow away.»

  13. nationalgeographic.com (si apre in una nuova scheda)

    «bringing the total count to 96 million in the 175-acre reservoir.»

  14. npr.org (si apre in una nuova scheda)

    «On Monday afternoon, the 20,000 black plastic balls tumbled down the slopes of Los Angeles Reservoir, joining 95,980,000 of their brethren already covering the surface of the water.»

  15. ladwpnews.com — Mayor garcetti announces completion of innovative shade ball cover project at los angeles reservoir (si apre in una nuova scheda)

    «The small, black plastic balls protect water quality by preventing sunlight-triggered chemical reactions, deterring birds and other wildlife, and protecting water from rain and wind-blown dust.»

  16. ladwpnews.com — Fact check foxnews coms story entitled la black ball reservoir rollout potential disaster in the making say experts is inaccurate based on uninformed assumptions (si apre in una nuova scheda)

    «The “Carbon Black” is a UV stabilizing agent which allows the balls at least 10 years of useful life.»

  17. ladwpnews.com — Mayor garcetti announces completion of innovative shade ball cover project at los angeles reservoir (si apre in una nuova scheda)

    «At $0.36 each, the shade balls require no construction, parts, labor or maintenance aside from occasional rotation.»

  18. ladwpnews.com — Fact check foxnews coms story entitled la black ball reservoir rollout potential disaster in the making say experts is inaccurate based on uninformed assumptions (si apre in una nuova scheda)

    «LADWP’s daily water quality monitoring and maintenance operations have found neither abnormal thermal effects nor bacterial breeding in the reservoirs as a result of the use of shade balls.»

  19. ladwpnews.com — Mayor garcetti announces completion of innovative shade ball cover project at los angeles reservoir (si apre in una nuova scheda)

    «Those alternatives included splitting the reservoir into two with a bisecting dam; and installing two floating covers that would have cost more than $300 million.»

  20. weather.com (si apre in una nuova scheda)

    «“Construction was infeasible, as the immense surface area of the space would have required two separate covers and a division dam,”»

  21. governing.com (si apre in una nuova scheda)

    «The shade balls will only remain at Los Angeles Reservoir, and that’s because it would be cost-prohibitive»

  22. weather.com (si apre in una nuova scheda)

    «Though they were successful, the LADWP says this will be the final use of this technology in the department’s system.»

  23. governing.com (si apre in una nuova scheda)

    «LADWP has a special set of water quality issues that fit the use of shade balls likely not seen by many other water utilities.»

  24. nature.com (si apre in una nuova scheda)

    «Brief Communication»

  25. imperial.ac.uk (si apre in una nuova scheda)

    «The shade balls are made of a kind of plastic that requires oil, natural gas and electricity to produce, all of which require large quantities of water.»

  26. imperial.ac.uk (si apre in una nuova scheda)

    «During their time on the reservoir, the balls are estimated to have saved 1.7 million cubic metres of water.»

  27. imperial.ac.uk (si apre in una nuova scheda)

    «For each drop of water saved by the balls, however, the study estimates that more than one drop would have been used up in another part of the country or the world.»

  28. imperial.ac.uk (si apre in una nuova scheda)

    «when not in drought conditions, the balls are expected to be less efficient at preventing evaporation, meaning they would have to be deployed for longer to save as much water as they used.»

  29. eawag.ch (si apre in una nuova scheda)

    «researchers have calculated that thanks to the spheres, around 1.2 million cubic meters of water would evaporate less each year.»

  30. imperial.ac.uk (si apre in una nuova scheda)

    «“We are not suggesting that shade balls are bad and must not be used. We are just highlighting the fact that the environmental cost of shade balls must be considered together with their benefits.”»

  31. imperial.ac.uk (si apre in una nuova scheda)

    «We are very good at quick technological fixes, but we often overlook the long-term and secondary impacts of our solutions.»

  32. governing.com (si apre in una nuova scheda)

    «the 96 million plastic balls covering the surface have a lifespan of 10 years»

  33. abc13.com (si apre in una nuova scheda)

    «City officials say shade balls last about 10 years. The LADWP says they will be removed, recycled and replaced.»