Fluence diseña a medida sistemas de desalinización de agua de mar con sistemas de recuperación de energía que utilizan intercambiadores de presión o bombas de turbina, reduciendo los requisitos de energía hasta en un 40%.
A medida que aumenta la demanda de agua dulce, las comunidades recurren al mar y a acuíferos previamente inutilizables
Con la población mundial consumiendo agua en cantidades récords y la escasez de agua causando una serie de problemas geopolíticos y humanitarios, se puede aprovechar la tecnología para ayudar a satisfacer la demanda.
Una solución cada vez más popular contra la escasez de agua dulce es el tratamiento de las fuentes de agua salina o salobre a través de un proceso conocido como desalinización.
Muchas zonas ya están recurriendo a la desalinización para evitar la escasez de agua dulce. El proceso puede ser usado para tratar el agua salada del océano y también para el tratamiento de las aguas subterráneas que tiene concentraciones de sal que la hacen no apta para el consumo humano.
La US Geological Survey (Servicio Geológico de los Estados Unidos) define al agua salina según las siguientes concentraciones de sal, expresado en partes por millón:
- Agua dulce: Menos de 1.000 ppm
- Agua ligeramente salina: De 1.000 ppm a 3.000 ppm
- Agua moderadamente salina: De 3.000 ppm a 10.000 ppm
- Agua altamente salina: De 10.000 ppm a 35.000 ppm
- Agua del océano: Apróximadamente 35.000 ppm
Desalinización Alrededor del Mundo
A partir del 2002, aproximadamente 12.500 plantas de desalinización en 120 países producían 14 millones m3/d de agua dulce, según el Servicio Geológico de los Estados Unidos. Esto es menos del 1% del consumo total mundial de agua. Las Naciones que dependen fuertemente del agua desalinizada son Arabia Saudita, Kuwait, los Emiratos Árabes Unidos, Qatar, Bahrein, Libia y Argelia. Por el contrario, Estados Unidos es uno de los mayores usuarios de agua desalinizada entre los países industrializados. Las instalaciones se encuentran predominante en California y partes de Florida.
Un estudio de mercado de 2010 realizado por Pike Research prevé que Oriente Medio y África del Norte "seguirán siendo el centro global de construcción de plantas de desalinización," con Arabia Saudita, los Emiratos Árabes Unidos, Estados Unidos, China e Israel líderes en el mercado mundial para las tecnologías de desalinización. El estudio también predijo que la capacidad de desalinización en todo el mundo pasará de 76 millones a 126 millones m3/d entre 2010 y 2016.
Métodos de Desalinización
Las personas han purificado agua salada durante mucho tiempo. La mayoría de los sistemas duplica el proceso de la naturaleza para crear lluvia. Una de las primeras formas de desalinización utiliza la evaporación controlada por humanos o destilación de vapor para eliminar la sal del agua. El proceso de destilación también reduce otros contaminantes del agua potable.
Otros tipos de destilación incluyen evaporación de destello de etapa múltiple que, en la década de 1960, fue considerada la tecnología de desalinización a gran escala más accesible; destilación de múltiple efecto y compresión de vapor. Los métodos que no incluyen destilación abarcan intercambio iónico y procesos como la osmosis inversa, que utiliza membranas para filtrar la sal.
Una preocupación asociada con la tecnología de ósmosis inversa es la incrustación biológica, la acumulación de microorganismos, plantas o algas en superficies mojadas. Graeme K. Pearce, director en Membrane Consultancy Associates, una firma consultora independiente, expresó a WaterWorld que la incrustación biológica "aumenta tanto el consumo de energía como la frecuencia de limpieza química, dando una mayor huella de carbono y creando un residuo de lodo para desecho." También está impulsando a más investigaciones en nuevos materiales.
Nuevas Tecnologías
Nuevas tecnologías están haciendo la desalinización de agua marina más asequible y disponible con más facilidad. Por ejemplo, Fluence diseña a medida sistemas de desalinización de agua de mar con sistemas de recuperación de energía que utilizan intercambiadores de presión o bombas de turbina, reduciendo los requisitos de energía hasta en un 40%.
Los métodos de desalación convencionales típicamente dependen en gran medida de instalaciones fijas ávidas de energía. Sin embargo, algunas operaciones más grandes pueden ser plantas de cogeneración, aprovechando la energía sobrante de la generación de energía de agua desalinizada.
Un equipo de investigación dirigido por el Departamento de Energía del Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL, por sus siglas en inglés) está estudiando las membranas de grafeno como una tecnología de desalinización eficiente. Este trabajo de demostración del concepto muestra que el agua de mar puede ser desalinizada mediante una membrana independiente de grafeno, una forma de carbono que tiene un átomo de espesor.
Desalinización en Contenedores
Mientras que las grandes desaladoras requieren una inversión importante de dinero y espacio, los investigadores, incluyendo científicos de MIT, han estado trabajando en soluciones portátiles de bajo costo que proporcionan agua potable después de desastres naturales o en lugares donde no es factible ubicar y construir enormes plantas. Estas soluciones de desalinización en contenedores también son prácticas para comunidades pequeñas, independientes como bases militares, sitios de construcción y centros turísticos.
Una solución que gana tracción basada en su impacto reducido y viabilidad económica es NIROBOX™ de Fluence. Este sistema de tratamiento descentralizado pequeño, puede ponerse en funcionamiento rápidamente, permitiendo a los usuarios empezar a producir agua potable en menos de dos meses después de que se identifique la necesidad. Y, dado que es en contenedores, la instalación es fácil, requiriendo construcción mínima. La naturaleza modular de Nirobox significa que puede ser ampliado fácilmente según sea necesario.
Nirobox utiliza tecnologías de desalinización existentes, probadas en un proceso de tres etapas – filtración de disco, ultrafiltración y ósmosis inversa con un dispositivo de recuperación de energía, reduciendo el consumo de energía en aproximadamente un 30%. Los componentes del sistema están instalados en un contenedor en forma de cubo alto de 40 pies de largo nuevo. Pueden añadirse otros equipos para procesos de tratamiento posterior para hacer que el agua sea potable o utilizada en procesos industriales.
Un único Nirobox puede producir tanto como 264.000 GPD (1.000 m3/d) de agua dulce del agua de mar o agua salobre, dependiendo del modelo elegido. Mediante el uso de cinco unidades en paralelo, un usuario puede producir tanto como 1,3 millones de GPD de agua dulce.
Desalinización de Agua Salobre
La necesidad de desalinización se puede ver en todo el mundo, inclusive en Estados Unidos. Más funcionarios del estado, incluidos los de Texas, están promoviendo su uso para satisfacer las demandas de agua en aumento. La demanda de agua en Texas debería exceder los 18,4 millones de pies por acre para el 2020. Para el 2070, se prevé que la demanda será cerca de 21,6 millones de pies por acre.
Hay cerca de 100 instalaciones de desalación actualmente en funcionamiento en Texas, produciendo aproximadamente 138 millones de GPD de agua desalinizada, según la Asociación de desalación de Texas. Pero ninguna de las plantas está abasteciendo agua del Golfo de México. En cambio, están usando una porción de los aproximadamente 2,7 mil millones de acres-pies de agua salobre subterránea en los acuíferos en el estado.
La ósmosis inversa de agua salobre plantea desafíos particulares. El agua de alimentación viene de una variedad amplia de fuentes, incluyendo el agua superficial y los pozos, muchos de los cuales contienen una amplia gama de contaminantes incluyendo arsénico y nitratos. Las tecnologías tales como la ultrafiltración y filtración de los medios preparan esta agua para ósmosis inversa.
Pero Texas ahora tiene dos plantas experimentales de desalinización de agua de mar. Una está manejada por la Junta de Servicios Públicos de Brownsville y la otra está operada por el Distrito del Agua de Laguna Madre, que suministra a las áreas costeras de South Padre Island y Port Isabel.
Desalinización y Política
La desalinización es de importancia crítica para la estabilidad geopolítica. Como lo expresa el Servicio Geológico de los Estados Unidos:
Es muy probable que el problema del agua sea considerado, como los recursos de energía fósil, como uno de los factores determinantes de la estabilidad mundial. Muchas zonas áridas simplemente no tienen los recursos de agua dulce en forma de agua superficial tales como ríos, lagos, etc. y sólo han limitado los recursos de agua subterránea que se están haciendo más salobres en la medida en que continua la extracción de agua de los acuíferos. [...]
La disponibilidad en todo el mundo de las energías renovables y la disponibilidad de tecnologías maduras en este campo permiten considerar la asociación de las plantas de desalinización con procesos de producción de energía renovable con el fin de garantizar la producción de agua en un esquema sostenible y ambientalmente amigable para las regiones afectadas.
Para obtener más información sobre las soluciones de desalinización sostenible diseñadas para abordar los desafíos de la escasez de agua, contacte a Fluence.
