La desalación del futuro será tecnológica, sostenible e innovadora



18/01/2022
Archivado en: Agua , Nº 234 Septiembre/Octubre 2021

Por Patricia Ruiz Guevara, RETEMA.


 

La crisis climática y las necesidades de la población exigen nuevas formas de obtener agua potable. La desalación, un proceso de larga tradición, tiene la posibilidad de reinventarse gracias a los avances tecnológicos y ser la respuesta. Baterías de desalinización portátiles, desalación submarina y la revalorización de la salmuera son algunos de los proyectos punteros en los que se investiga para lograr una mayor viabilidad y eficiencia energética.

 

Abrir un periódico, especialmente en el último año y medio, puede entrañar un verdadero riesgo para nuestro estado de ánimo. El pasado mes de octubre de 2021 coincidían dos noticias con un denominador común: el cambio climático, que no cesa y cala en todos los aspectos de la vida y del planeta.

Por un lado, se publicaba el último estudio de The Lancet Countdown sobre salud y cambio climático, que alerta de que el avance irrefrenable de este está deteriorando no solo la salud física, sino también la salud mental de las personas. Por otro, se cerraba el año hidrológico (que va de octubre a septiembre) con cifras demoledoras: pese a que ha llovido por encima de la media histórica, las reservas de agua en España han caído a mínimos de los últimos diez años.

La sequía ya no es solo cosa de las precipitaciones. Además de las sequías naturales asociadas a los contextos geográficos, la desertificación impulsada por la crisis climática, el aumento de frecuencia de olas de calor, la sobreexplotación de acuíferos, las inundaciones descontroladas e inutilizables y la evaporación de aguas embalsamadas ponen el peligro el acceso a un recurso del que dependemos directa e indirectamente, y que cada vez se utiliza más en la industria y la agricultura.

Por eso, es necesario adaptar la gestión del agua y buscar alternativas que mitiguen los efectos de los mecanismos de obtención tradicionales y, a la vez, contribuyan a enfrentar el reto climático. Si se quieren leer titulares más positivos en las noticias, la palabra clave a buscar para el futuro de la seguridad hídrica es desalación.

"Lo primero que hay que hacer es ahorrar agua, después reutilizar todo lo que se pueda y, en tercer lugar, complementar con agua desalada", indica el director de Innovación y Proyectos Estratégicos en Sacyr Agua y presidente de la Asociación Española de Desalación y Reutilización (AEDyR), Domingo Zarzo.

Del ingente volumen de líquido que da apodo a nuestro Planeta Azul, un 97% de agua está en océanos y mares, aguas subterráneas salinas y lagos salinos, y contiene sales y otros elementos químicos. Por eso, "su uso permite liberar caudales en el interior y reducir la presión sobre los recursos superficiales, como embalses, ríos, acuíferos y aguas subterráneas", añade el experto.

El catedrático de la Universitat Politècnica de València (UPV) e investigador en el Instituto Universitario de Seguridad Industrial, Radiofísica y Medioambiental (ISIRYM) Jaime Lora coincide: "Hoy en día se extraen grandes volúmenes de agua a profundidades insólitas y los medios están degradados; un acuífero de hace 50 años no es el mismo ahora. Es absurdo sobreexplotar lo poquito que tenemos". Es momento de aprender entonces a explotar de manera eficiente y sostenible lo que sí abunda.

 

Del mar al vaso, pero pasando por la desaladora

Aunque cada verano resurjan bulos sobre los supuestos beneficios de beber agua de mar, la realidad es que esta es óptima para consumo humano, industrial y de regadío solo después de un proceso en que se eliminan sus sales.

La desalación o desalinización consiste en quitar la sal del agua del mar o de aguas salobres (aquellas que tienen más sales disueltas que el agua dulce pero menos que la de mar) para hacerlas potables o útiles para otros fines. Una práctica que se remonta a la antigüedad: ya Aristóteles se inspiró en la naturaleza para entender los principios físicos de la desalación y la evaporación y las menciona en sus obras.

Hay que buscar procesos innovadores que sean más eficientes y económicos, mejoren el consumo energético e incorporen las energías renovables.

Desde entonces, todas las sociedades han hecho sus avances en desalación y ahora hay disponible una amplia variedad de métodos - destilación, congelación, electrodiálisis, evaporación - donde reina el de la osmosis inversa.

Este proceso, desarrollado en la década de 1960, se basa en aplicar presión para hacer pasar el agua por unas membranas que atrapan las sales y filtran el líquido. Una técnica que se ha ido refinando, pero para la que hacen falta grandes cantidades de energía y enormes instalaciones.

Por eso, para que la desalación sea una solución viable y realista, los expertos coinciden en que hay que buscar procesos innovadores que sean más eficientes y económicos, posibiliten obtener agua dulce allí donde se necesite, se adapten a cada escenario, mejoren el consumo energético e incorporen las energías renovables.

Además, el Instituto Tecnológico de Canarias ha estudiado en el marco del proyecto MACCLIMA las posibles alteraciones a las que se verán sometidas las plantas desaladoras actuales en el futuro debido al cambio climático. Aunque no observan riesgos directos a corto plazo, efectos como el aumento del nivel del mar y de la temperatura y fenómenos climatológicos extremos podrían ocasionar daños físicos a las infraestructuras de osmosis inversa situadas en la costa.

Como se ha demostrado fehacientemente a raíz de la pandemia del coronavirus, el avance científico y tecnológico es vital para el desarrollo de la sociedad. Mirar desde la tradición a la innovación es imperativo para el progreso, y la investigación puntera en desalación está abriendo nuevas ventanas tecnológicas para ello.

 

El consumo energético, en el punto de mira

El primer reto que mencionan los expertos cuando se habla de la desalación es el energético. "El consumo de energía es una de las partes críticas de la tecnología de membranas. Se están haciendo esfuerzos para disminuirlo, pero hay un límite termodinámico", destaca Lora.

Es la propia naturaleza la que indica ese límite. "Disolver sales es un proceso natural que no requiere prácticamente energía pero dota a la disolución de un potencial energético elevado según la concentración. Para llevar a cabo el proceso contrario - desalar-, es necesario aportar como mínimo 0,8 kWh por metro cúbico".

Pero hay otras vías para optimizar el consumo. Una opción es almacenar energía en el propio proceso de desalación para poder reutilizarla.

Es lo que han hecho en el Instituto IMDEA Energía con su reactor de desionización capacitiva equipado con electrodos 3D. "Se aplica electricidad a unos electrodos inmersos en el agua para atraer los iones de carga positiva y negativa que forman las sales. Estos iones se desplazan de la disolución al electrodo, donde se almacenan de forma eficiente; después se puede recuperar parte de la energía", explica el investigador del programa Talento (CAM) de la Unidad de Procesos Electroquímicos del Instituto IMDEA Energía, Julio J. Lado.

"Existe un vínculo muy fuerte entre agua y energía, tanto en aspectos de su producción, como en tecnologías de almacenamiento de energía y tratamiento de aguas", añade Julio J. Lado.

Además, no solo se busca la eficiencia energética, también la de materiales, amplía Lado: "Los electrodos son de carbón poroso, que puede proceder de residuos vegetales, como las cenizas resultantes de utilizar los restos de caña de azúcar o la cáscara de cacahuete para biomasa. Así se consigue un material que fomenta la economía circular". Según el experto, esta tecnología es incipiente pero aún tiene mucho margen de mejora.

 

Baterías portátiles para escenarios complejos

También en la búsqueda de la eficiencia energética, pero con otro tipo de baterías de desalinización, trabaja la investigadora posdoctoral IF-MCSA en la Universität Bremen (Alemania) y embajadora de la alianza StepbyWater, Cleis Santos. En sus baterías "se pueden incrementar la capacidad de salinización por un menor coste energético, ya que se trata el agua a la vez que se almacena energía", señala la investigadora.

Para ello, trabaja en el desarrollo de nuevos materiales de electrodos que capturen los cloruros, "algo que sucede cuando se introduce agua salada y los electrodos atraen esos iones", explica.

Ya se ha demostrado a escala de laboratorio y su preocupación ahora es que el escalado a una planta piloto no comprometa su portabilidad ni el peso del dispositivo, porque la principal novedad de esta tecnología frente a la osmosis inversa es su versatilidad. "Es muy modulable y los dispositivos son portátiles, por lo que se pueden ubicar en mitad de una geografía remota, en lugares de difícil accesibilidad o en los propios hogares sin necesidad de instalar grandes equipos de bombeo", especifica Santos, que realiza esta investigación gracias a una beca Marie Sklodowska-Curie dentro del proyecto MCSA-IF REDEBA.

 


 

 Extraer el valor de la salmuera... y diseñar agua personalizada 

Una de las preguntas que es obligatorio hacerse es, ¿qué se hace con las sales que se separan durante un proceso de desalación? Hasta ahora, la conocida como salmuera arrastraba un estigma, pero hay en marcha varios proyectos para resaltar su valor.

"Se suele asociar la salmuera a algo negativo, la gente piensa que es algo negruzco y sucio, pero es totalmente transparente. Simplemente es agua de mar concentrada", explica Domingo Zarzo de Sacyr y la AEDyR. Como no tiene productos químicos extraños, "devolver esa salmuera al mar tiene un impacto casi imperceptible: primero se mezcla con agua de mar para bajar su concentración y luego se vierte con difusores para que la disolución sea muy rápida". Además, insiste Zarzo, en todas las plantas desaladoras hay planes de vigilancia ambiental.

Pero, en la búsqueda de la economía circular, ahora se investigan opciones para aprovechar esa salmuera antes de arrojarla de vuelta al mar. "Una vez que has usado electricidad para concentrar sales y tener agua potable, sería triste tirar ese valor. También así repensamos el ciclo del agua y contribuimos al reto climático", apunta Frank Rogalla de Aqualia. Así surge el brine mining o minería de la salmuera, que busca obtener productos químicos que aporten valor a otras industrias. 

"La Unión Europea elabora periódicamente una lista de materiales críticos, según riesgos en el suministro e importancia económica. Ser capaces de recuperar esos materiales, como el magnesio y el litio, a partir de las salmueras o de agua residuales urbanas o industriales, supone un incentivo económico y estratégico", indica Julio J. Lado de IMDEA Energía. Otros químicos interesantes son el fósforo, el rubidio o el cobalto.

Si para revalorizar la salmuera se puede pensar en extraer productos químicos de ella, también se puede visualizar el planteamiento contrario: sería beneficioso poder decidir qué elementos deben permanecer en el agua. Tanto el proyecto de IMDEA Energía como el de Cleis Santos en la Universidad de Bremen contemplan esta posibilidad.

"Existen aguas donde lo interesante es modificar la composición de iones en el agua y hacer balance entre los índices de sal, sodio, calcio, magnesio… Se obtendría un agua con unas condiciones determinadas de concentración, algo que sería muy útil para diferentes industrias", señala Lado, y que se puede acometer con la desionización.

Por su parte, Santos indica que "con las baterías de desalinización podemos modular y elegir el contenido salino del agua que estamos produciendo. También hay cierta selectividad dependiendo de los modos de operación y se puede enfocar a la retirada de litio u otros iones de interés".


 

Inspiración natural para buscar la eficiencia

Otro posible punto de mejora está en las membranas que utilizan los procesos tradicionales de osmosis inversa, que son semipermeables ya que permiten el paso del agua, como las paredes celulares de animales y plantas. "En este tipo de procesos tecnológicos siempre miras a la naturaleza. Para estas membranas, te fijas en la membrana celular y en sus secretos. Estamos intentando hacerlas más finas, más eficientes", apunta el investigador de la UPV Jaime Lora.

También en los seres vivos se inspira el proyecto MIDES; en este caso, en unos microorganismos "capaces de migrar las sales de un lado a otro utilizando su energía orgánica", explica el miembro del proyecto y director de Innovación y Tecnología de Aqualia, Frank Rogalla. Son las llamadas celdas de desalinización microbiana (MDC, por sus siglas en inglés).

Así, MIDES, proyecto Horizonte 2020 de la Unión Europea, busca revolucionar la desalación mediante el "desarrollo de un proceso sostenible de bajo consumo energético para producir agua potable segura utilizando agua de mar y residual", añade Rogalla.

Con la tecnología que se ha desarrollado, "los microorganismos se introducen en las celdas de desalinización microbianas, producen pequeñas corrientes a partir de la materia orgánica contenida en el agua residual y así generan la energía requerida para la desalación del agua marina", indica el investigador del proyecto desde IMDEA Agua Juan Manuel Ortiz. Porque el objetivo no es eliminar las plantas desaladoras tradicionales, sino ser un complemento. "Esta tecnología puede emplearse para reducir el coste energético en las actuales plantas de ósmosis en un 90% y producir agua potable con un coste menor a 0,5 kWh por metro cúbico", señala Ortiz. Ahora mismo tienen dos prototipos de esas celdas activos en Denia y Tenerife.

En cualquier caso, los expertos consultados también apuntan al propio sistema de energía. "Se ha llamado a las desaladoras las centrales nucleares del mar, pero su sostenibilidad depende de su modelo energético y del consumo energético del país", subraya Zarzo de Sacyr, e indica que habría que comprometerse a que se incorporara el uso de renovables como fuente de energía. Rogalla de Aqualia lo recalca: "Sería ideal utilizar energía eólica o solar en las desaladoras".

Prototipo de la tecnología de celdas microbianas de desalación (MDC) desarrollado en el marco del proyecto H2020 MIDES en Denia, Alicante. Foto: Aqualia

 

Casi 400 leguas de desalación submarina

Si para extraer agua en la superficie terrestre se excavan pozos cada vez más profundos, ¿por qué no pensar de la misma manera en el océano? El proyecto de Aqua Advise y Waterise trabaja con agua salada a 400 metros de profundidad en el mar, obteniendo beneficios que repercuten directamente de manera positiva en el cambio climático.

"Waterise es una compañía noruega que utiliza tecnología submarina de procesamiento y bombeo de fluidos desarrollada para gas y petróleo. Lo que hacemos es colocar una desaladora de osmosis inversa a unos 400 metros de profundidad y aprovechar la presión hidrostática de la columna de agua que queda por encima de ella", explica el director de la Junta Directiva de la International Desalination Association (IDA) y CEO de Aqua Advise, Borja Blanco. Esto reduce el consumo energético en un 40% y mejora el precio y la operatividad, indica.

Pero lo realmente disruptivo es el respeto por el medioambiente. "Con la desalación submarina nos alejamos de las zonas costeras y las aguas más superficiales donde se concentra gran parte de la vida marina, conectada a la luz solar. Nos vamos de la jungla al desierto marino, a las aguas profundas", detalla Blanco. Allí, encuentran agua de alta calidad y mucha menos biología, lo que permite reducir los pretratamientos de desaladoras terrestres convencionales. "No tenemos problemas de bioincrustación, con medusas, floraciones de algas o vertidos de las zonas costeras. La planta está diseñada para prolongar al máximo los intervalos entre mantenimientos, que se hacen en tierra", añade.

Ya han desarrollado una planta que puede desalar "50.000 metros cúbicos al día" y ahora buscan clientes finales para su proyecto, que ha despertado interés en países como Egipto y Arabia Saudí. La localización de estos activos en el fondo marino tiene el valor añadido de protegerlos contra amenazas terroristas: "Es una manera natural de que estos activos tan valiosos estén seguros".

 

El agua que entra por la que sale

Si hay un proceso circular en la Tierra, es el del líquido que cubre el 70% de su superficie. "El agua del planeta siempre es la misma y está dando vueltas: cuando le quitas las sales para abastecer una población, después acaba en un río o un agua residual y al final vuelve de nuevo al mar", recuerda Domingo Zarzo de Sacyr. Lo que hay que tener muy en cuenta es cómo hacerlo y no pensar que la desalación es el único remo. "Hay que mitigar los efectos del cambio climático generando nuevos recursos de agua, pero también asfixiando menos al planeta y apoyando la regeneración de zonas verdes", añade.

También es necesario un cambio de mentalidad, indica Zarzo: "A nivel mundial, el uso de la desalación para agricultura es una rareza, solo el 3%. Hay que promover una agricultura de productos de alto valor añadido que la utilicen y transmitir sus beneficios, como su independencia a escenarios climáticos y a tensiones territoriales o políticas". Tensiones que siempre se van a generar, ya que "si un país quiere desarrollarse necesita recursos hídricos, el agua es un recurso estratégico", recuerda Juan Manuel Ortiz de IMDEA Agua.

A nivel mundial, el uso de la desalación para agricultura es una rareza. Hay que promover una agricultura de productos de alto valor añadido que la utilicen y transmitir sus beneficios, como su independencia a escenarios climáticos y a tensiones territoriales o políticas.

En la búsqueda de la sostenibilidad, Ortiz también mira a los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de las Naciones Unidas de manera realista: "Algunos ODS influyen en otros, puede que la consecución del acceso a agua limpia afecte a la vida de ecosistemas terrestres y a la acción por el clima; por eso hay que tener claros los retos para minimizar el impacto". El catedrático de la UPV Jaime Lora coincide: "Nunca hay impacto cero, es cuestión de diseñar bien los sistemas y estudiar correctamente el mapa acuático".

En ese mapa, todas las opciones que buscan un acceso al agua potable de manera sostenible y eficiente tienen su espacio. Todos los expertos entrevistados por RETEMA coinciden en que las tecnologías de desalación son opciones que se complementan y en las que hay que seguir innovando, porque, como apunta Cleis Santos, "hay que investigar y tomar medidas antes de vernos con el agua hasta el cuello".

"Hay que investigar y tomar medidas antes de vernos con el agua hasta el cuello", afirma Cleis Santos.

 


 

 La desalación en cifras 

• En el mundo existen unas 20.000 desaladoras con capacidad para producir casi 100 millones de metros cúbicos de agua al día.
• Los países que concentran el top 3 de esta producción son Arabia Saudí, Estados Unidos y Emiratos Árabes Unidos (UAE).
• Allí se encuentran las desaladoras más grandes del mundo: Ras Al Khair, en Arabia Saudí, con más de un millón de m³/día; Taweelah, en UAE con unos 909.200 m³/día; y Shuaiba 3 y la planta de Jubail Water and Power Company, ambas en Arabia Saudí y con más de 800.000 m³/día.
España es el cuarto país del mundo en capacidad de producción en plantas desaladoras y el primero de Europa.
• Según los últimos datos disponibles, actualmente hay un total de 765 plantas con producciones superiores a los 100 m³/día.
• 360 son desaladoras de agua de mar y 405 de agua salobre.
• Se producen cerca de 5.000.000 m³/día de agua desalada para abastecimiento, riego y uso industrial.
• La primera planta desaladora de España y de Europa se instaló en la isla de Lanzarote en 1964. Actualmente Canarias cuenta con 281 plantas desaladoras en la provincia de Las Palmas y 46 en la provincia de Santa Cruz de Tenerife.
• Junto al archipiélago canario, la mayoría de las desaladoras en España se concentran en el archipiélago balear y el litoral mediterráneo, destacando las situadas en Almería, Murcia y Alicante; también en Málaga y Valencia.
• En 2010, la planta desalinizadora del Prat de Llobregat, en Barcelona, inaugurada en 2009 y con una capacidad máxima de 200.000 m³/día, recibió el premio 'Planta desaladora del año' de los 'Global Water Awards 2010'.
En el ranking de las 20 mayores empresas desaladoras del mundo, seis son españolas.
• América Latina se está convirtiendo en un mercado emergente en la desalinización, aunque sus cifras son aún mucho menores.
• Chile y México encabezan ese desarrollo; en Chile hay nueve desaladoras operativas, cuatro en construcción, tres proyectadas y ocho en aprobación o calificación ambiental.
• Entre los más de 20 nuevos proyectos de desalinización de plantas desaladoras en América Latina, los más destacados se concentran en Chile - como el proyecto ENAPAC-, Perú - con el proyecto Tía Maria Mina de Cobre - y México - con el proyecto de Puerto Peñasco.
• Se prevé una inversión de más de 25 mil millones de dólares en el continente, propulsada por nuevas legislaciones, como la de Chile, que prohíbe el uso de agua dulce en la industria minera.

Datos de la International Desalination Association, la Asociación Española de Desalación y Reutilización de Agua, la Fundación Aquae, la plataforma Aquatech, Vostock Capital Latin America y la Asociación Latinoamericana de Desaladoras.


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