Las nuevas tecnologías de desalinización impulsan el reciclaje del agua

Durante mucho tiempo se ha asociado la desalinización con un proceso: la conversión del agua salada en agua potable. Pero se están desarrollando nuevas tecnologías que no solo mejoran la desalinización tradicional, sino que abren nuevas fronteras en la reutilización del agua, desde la que se utiliza para uso agrícola hasta las aguas residuales industriales.

Un ferry cruza la bahía de San Francisco, dejando tras él un surco de aguas turbias y pestilentes, removidas con sal, arena y losas, que John Webley intenta convertir en agua potable. Pero Webley, consejero delegado de una nueva empresa ubicada en la bahía, que desarrolla un nuevo sistema de desalinización que ahorra energía, no está preocupado.

“Fíjese en el color de esta agua entrante,” comenta, señalando un tubo que inyecta un fluido marrón en un dispositivo de la medida de una caldera. Allí, a través de un proceso llamado osmosis, una solución innovadora que la empresa desarrolló, pasa las moléculas del agua por una membrana, separándolas de la sal y demás impurezas.

Cuando se aplica calor a baja temperatura, el líquido obtenido por bioingeniería se separa como el aceite, de manera que se puede drenar el agua limpia.

Este método consume menos de una cuarta parte de la electricidad que necesita la desalinización estándar, de manera que facilita a la tecnología funcionar con energía renovable, comenta Webley. Su empresa, Trevi Systems, ganó recientemente un premio internacional por la desalinización de bajo consumo energético y está construyendo una planta piloto solar para desalinizar el agua del mar en los Emiratos Árabes Unidos.

Con la creciente demanda de agua a nivel mundial y la extrema sequía como la que sufre ahora California y que se espera que sea cada vez más frecuente y que se expanda con el calentamiento climático, la recogida de agua dulce de los océanos y de otras fuentes saladas será cada vez más importante.

“Al final tendremos que desarrollar nuevas fuentes de agua,” comenta David Sedlak, profesor de ingeniería medioambiental y civil en la Universidad de California en Berkeley (University of California-Berkeley) y autor de Water 4.0: The Past, Present and Future of the World’s Most Vital Resource. La desalinización, junto con el reciclado de aguas residuales y la recuperación de las aguas pluviales serán los “tres principales pilares,” indicó, para reemplazar las “reservas de agua que en el futuro serán cada vez menos fiables y estarán menos disponibles.”

A pesar de ello, la desalinización resulta cara, consume mucha energía y puede dañar los ecosistemas marinos. Además, mientras que el agua del mar representa un 60% del agua desalinizada actualmente, Sedlak y otros autores indican que es mucho más práctico y sostenible desalinizar agua salobre menos salada y utilizar la tecnología para reciclar aguas residuales. Así, empresas de todo el mundo trabajan en nuevas tecnologías para reducir los costes de la desalinización, los impactos medioambientales y ampliar a su vez sus utilidades.

Además de separar la sal del agua de mar, las tecnologías como la de Trevi también pueden purificar de una manera económica las aguas subterráneas salobres, los vertidos industriales y otras formas de residuos líquidos. Esto incluye la desalinización de aguas residuales para recargar los acuíferos subterráneos, lo que pronto empezará a realizar para un gran distrito de aguas urbanas del sur de California.

“Esto nos interesa especialmente —podemos trabajar con agua muy, muy sucia,” señala Webley. “Donde realmente se debería empezar con todo esto es aprovechando al máximo todo lo que podemos reutilizar y después empezar a hablar de otras opciones.”

Más de 17.000 plantas de desalinización funcionan actualmente en 150 países del mundo, una capacidad que podría llegar a doblarse hacia 2020, según el informe de 2014 de las Naciones Unidas sobre el desarrollo del agua en el mundo. La desalinización produce 21 mil millones de galones de agua al día, de acuerdo con la International Desalination Association, lo cual representa una fuente de agua vital en lugares áridos como Oriente Medio y Australia. Las principales instalaciones nuevas de desalinización se están construyendo en China, Chile y algún otro país.

Aun así, la tecnología estándar actual, la osmosis inversa —que utiliza presiones elevadas para bombear el agua a través de membranas semipermeables para separar sales e impurezas—, consume grandes cantidades de energía y tiene un enorme impacto sobre el medioambiente. Estos efectos incluyen daños a los ecosistemas acuáticos, como la absorción de huevos de pez con el agua entrante; el uso de productos químicos dañinos para limpiar las membranas, y el vertido de grandes volúmenes de líquido extremadamente salado al agua. Los costes varían, pero el precio más bajo para el agua de mar desalinizada de una planta de osmosis inversa oscila alrededor de los 750 dólares por acre-pie (325,851 galones) — más del doble del coste medio de las aguas freáticas.

Ingenieros y emprendedores de todo el mundo intentan conseguir una desalinización más ecológica. Algunos inventan nuevas alternativas a la osmosis inversa tradicional. Entre ellos está Israel, cuya propia dependencia del agua desalinizada lo ha convertido en un líder mundial del proceso, que ha presentado distintas tecnologías punta, incluyendo un innovador proceso de osmosis inversa “semi-batch” que ha desarrollado Desalitech, que reduce el consumo de energía y la salmuera, y una “planta en una caja” libre de sustancias químicas, producida por IDE Technologies. También está Memsys, de Singapur y Alemania, que trabaja en tecnología de membranas térmicas e híbridas con suficiente eficiencia energética como para funcionar con energía solar.

En los Estados Unidos, California, donde escasea el agua, lidera tanto las innovaciones como la demanda de agua. La mayor planta de desalinización de agua marina se encuentra en el hemisferio occidental, una moderna instalación de osmosis inversa de 1.000 millones de dólares construida cerca de San Diego, deberá producir 54 millones de galones al día —para suministrar agua a 300.000 habitantes— a principios del año 2016. Al menos 15 plantas desalinizadoras más de la costa oeste se encuentran actualmente en alguna fase de planificación, y otras pequeñas ya están operativas.

Pero la preocupación de los habitantes por los impactos económicos y medioambientales que esto supone, como el uso de productos químicos y los problemas para eliminar la salmuera, ha ralentizado e incluso detenido algunos proyectos recientes.

“La desalinización es realmente un tema candente en California —mucha gente se opone a ello,” comenta Aaron Mandell, cofundador y presidente de Water FX.

Mandell confía en apaciguar dichas preocupaciones con el nuevo proceso de su empresa que utiliza grandes espejos parabólicos para recoger y concentrar la energía solar. En este invernadero, el agua pura se evapora, mientras que los sólidos permanecen. El sistema se está probando actualmente en un distrito de agua del valle central agrícola de California, donde se limpia la irrigación manchada con sales que se filtran de la tierra. La demostración produce ahora unos 14.000 galones de agua dulce al día —una bendición para los granjeros que no han recibido agua de la distribución federal este año. La empresa planifica expandir e incrementar la producción a 2 millones de galones al día a principios del próximo año.

‘Nos enfrentamos a las dos caras del problema del agua: reciclado y reutilización,’ comenta un empresario.
Mandell señala que la sal obtenida como subproducto es seca y se puede utilizar para productos químicos útiles, en vez de acumularse en salmueras peligrosas cuya eliminación es costosa. Es más, los distritos de agua y granjas tendrían que dejar la tierra en barbecho y renunciar a ingresos para evacuar los líquidos salobres que ahora se convierten en agua nueva para las cosechas.

“Vimos la oportunidad de convertir residuos que costaban mucho dinero en algo valioso,” comentó. “En esencia, atacamos las dos caras del problema del agua… reciclaje y reutilización.

“Uno de nuestros mayores retos,” dice Mandell, “consiste en convencer a los agricultores que siguen rezando para que llueva. Muchos granjeros confían realmente en estos ciclos estacionales del agua. Conseguir que la gente piense diferente sobre el cambio climático y no solo en la sequía estacional definitivamente es un reto.”

Investigadores del Lawrence Livermore National Laboratory y de la Universidad de Stanford (Stanford University) trabajan en un nuevo método de desalinización que utiliza electrodos de aerogel de carbón poroso. Este sistema de desalinización capacitiva basada en electrodos de flujo paralelo, denominado FTE-CD (Flow-Through Electrode Capacitive Desalination), elimina la sal eléctricamente. Aunque se encuentra en una etapa todavía muy temprana, sus desarrolladores consideran que la técnica requiere poco equipamiento o energía, y que este sistema podría ampliarse para satisfacer cualquier necesidad: desde dispositivos personales portátiles hasta el saneamiento de agua para ciudades.

“En lugares como California, donde abundan aguas freáticas salobres, el sistema FTE-CD puede suministrar agua potable a un coste sensiblemente inferior al de la desalinización del agua de mar”, señala Michael Stadermann, especialista en química física de Lawrence Livermore que colaboró en su desarrollo, y añade: “Creemos que este método puede ser cinco veces más eficiente energéticamente que la osmosis inversa para desalinizar aguas salobres.”

Una de las tecnologías más prometedoras que se está probando en laboratorios de Gran Bretaña, Arabia Saudita, Corea del Sur y otros lugares del mundo son las membranas de grafeno perforadas con un grosor de 1 átomo, que posibilitan una desalinización a una mínima parte del coste originado por la osmosis inversa. Este método, desarrollado en el Massachusetts Institute of Technology, prevé que los poros de la membrana se pueden manipular para optimizar la permeabilidad. El problema que queda por resolver es cómo producir en masa el material.

En el futuro previsible, la osmosis inversa seguirá siendo la primera opción para la desalinización.

Para cubrir la demanda de aguas urbanas, incluso los que desarrollan métodos alternativas a la osmosis inversa dicen que esta seguirá siendo la primera opción para el futuro previsible.

“Se puede hablar sobre algunas tecnologías alternativas, y de hecho estoy trabajando en ello, pero si se trata de producir agua potable para el suministro, la osmosis inversa sigue siendo sin duda el estándar de oro”, concluye Menachem Elimelech, profesor de ingeniería química y medio ambiente en la Universidad de Yale (Yale University) y director de su programa medioambiental.

En los últimos años la osmosis inversa ha alcanzado niveles de eficiencia energética mucho más altos, y ahora ha llegado casi a su punto máximo, según comenta Elimelech. Él y otros siguen intentando avanzar mejorando las membranas. Uno de los mayores problemas es el ensuciamiento —capas de microorganismos que cubren las membranas a lo largo del tiempo y suponen un estrés para las bombas al hacer pasar agua a través de ellas. Elimelech trabaja con nanotecnología para conseguir membranas resistentes a las bacterias.

Existen otros métodos de reciclado de energía que reducen el consumo de electricidad necesaria para bombear el agua a través de las membranas. El fabricante Energy Recovery Inc. calcula que los intercambiadores de presión con pistón que instalará en la nueva planta de osmosis inversa de San Diego ahorrarán 115 horas de kilovatios de electricidad cada año, lo que evitará más de 45.000 toneladas de dióxido de carbono y contribuye a reducir el calentamiento del planeta.

Aun así, el agua desalinizada producida por la nueva planta costará al Condado de San Diego cerca de 2.000 dólares por acre-pie —el doble de lo que actualmente paga por agua dulce trasvasada del río Colorado y del delta de California. Sin embargo, esas fuentes están sobreexplotadas y son cada vez menos fiables. Dejan a los habitantes de un condado con recursos escasos de agua y, según parece, se dispone de pocas opciones más.

Es posible que gran parte del mundo pase por las mismas penurias y que el suministro de agua garantizado sea un bien inestimable en un futuro azotado por sequías. Pero por ahora, según numerosos expertos, los costes económicos y medioambientales aún son excesivamente altos aunque nuevas tecnologías hacen que la desalinización sea cada vez más viable.

“Existen tecnologías que minimizan y, en algunos casos, eliminan por completo los impactos sobre el medio ambiente”, explica Heather Cooley, director del Programa de Agua del Pacific Institute, un instituto de investigación sin ánimo de lucro en Oakland, California. Por ejemplo, enterrando las tomas de agua se impide la entrada de fauna marina, y los difusores pueden diluir las salmueras a niveles más seguras. “En cuanto a otros impactos medioambientales, es decir, el consumo energético y la emisión de gases de efecto invernadero resultantes, los avances tecnológicos pueden reducirlos, pero queda sin respuesta la pregunta: ¿Hay otras alternativas?”, resume Cooley.

Fuente: e360yale.universia.net