Una tecnología capaz de convertir el agua salada en agua dulce a través de la llamada destilación de membrana utilizando energía solar.
La disponibilidad de agua potable ha sido y será siempre un recurso esencial para el desarrollo de la civilización. Históricamente múltiples ciudades y metrópolis se han ubicado cerca de cuerpos de agua, hoy en día en muchos casos se mantiene así. Más de dos tercios del planeta están cubiertos por agua, de los cuales cerca del 96% se ubica en los océanos.
A pesar de que actualmente existe suficiente agua dulce disponible como para cubrir las necesidades de la población, cerca de un 20% de la población tiene un acceso limitado al agua dulce. La escasez del vital recurso en ciertas locaciones, principalmente áreas rurales o islas remotas, representa un importante problema que debe ser abordado.
Si bien plantas de desalinización ya existen en una escala global, el proceso de desalinización demanda grandes cantidades de energía eléctrica, que muchas veces se basa en carbón o combustibles fósiles para proveer la cantidad de electricidad necesaria para evaporar el agua a gran escala. Sin embargo, una solución que está cobrando mayor impulso es el de la desalinización del agua de mar utilizando la energía solar.
Tecnología de Destilación de Membrana
Una tecnología que está siendo actualmente desarrollada por científicos del Instituto Koreano de Ciencia y Tecnología (KIST) ubicado en Seúl, es la de un proceso capaz de convertir el agua salada en agua dulce a través de la llamada destilación de membrana.
Dicha tecnología utiliza la energía térmica del sol para evaporar el agua de mar antes de que pase a través de una membrana hidrofóbica capaz de separar el agua de mar del vapor de agua. Esto se hace utilizando colectores solares que llegan a tener hasta un 85% de eficiencia. Una vez que el vapor de agua se condensa en su forma líquida, es posible obtener agua potable.
La gran ventaja de esta tecnología es que el proceso puede llevarse acabo a bajas temperaturas convirtiéndolo en un proceso mucho más eficiente energéticamente que el proceso llevado a cabo en desalinizadoras convencionales. Además, parte de la contribución también radica en los colectores de multi-capa de titanio y fluoruro de magnesio (MgF2) desarrollados por el equipo del KIST ya que sistemas previos con otros materiales tenían que ser sustancialmente grandes para absorber la cantidad de energía solar necesaria para llevar a cabo el proceso de desalinización. Los colectores son capaces de operar en el rango del espectro solar entre 0.3 y 2.5 μm y pueden calentar el agua a más de 80ºC
Esta tecnología es capaz de producir 4.78 L/m2 litros de agua potable en 10h en un claro día de Septiembre en Seúl, obtenidos de una forma amigable con el ambiente y también de una manera mucho más eficiente. Dicha capacidad de producción es capaz de duplicar el desempeño de colectores solares comercialmente disponibles. Lo mejor de todo es que el nivel de insolación en Seúl es relativamente bajo (alrededor de 3.23 kWh/m2/día), por ende, las locaciones donde la tecnología tendría un mayor impacto tales como islas y zonas áridas (donde la radiación solar es considerablemente mayor), sería a su vez mucho más eficiente.
Fig 1. Esquemático del sistema solar DCMD con Ti/MgF2.
Dos empresas francesas han desarrollado un sistema de desalinización llamado Osmo-Watt que funciona con paneles solares. Afirman que la tecnología puede producir hasta 100 metros cúbicos de agua potable por día.
Una solución solar llamada Osmo-Watt
Las startups francesas Ecosun Innovations y Mascara Nouvelles Technologies especialistas franceses en tratamiento de agua con energía renovable y soluciones solares en contenedores, respectivamente, unen fuerzas para lanzar un innovador producto integrado: OSMO-WATT. Una solución con energía fotovoltaica para desalinizar agua salobre y agua salada. Han descrito su solución como una unidad de producción de agua potable autónoma y móvil para áreas aisladas.
Las dos nuevas empresas han combinado dos de sus productos en un solo contenedor de 20 pies. Osmosun es una solución de desalinización autónoma con energía solar, mientras que Mobil-Watt es un contenedor solar que se puede implementar fácilmente en menos de dos horas.
Las compañías dijeron que el contenedor totalmente equipado se puede desplegar rápidamente en situaciones de desastres naturales, militares o de salud, ya que no requiere ninguna experiencia en ingeniería civil para su instalación. La unidad de ósmosis inversa puede producir hasta 100 metros cúbicos de agua potable por día, lo que equivale a las necesidades básicas de 5.000 personas, en base a los niveles mínimos de consumo recomendados por la Organización Mundial de la Salud de 20 litros por día.
El sistema de energía solar del contenedor ofrece total autonomía de fuentes de energía externas como generadores de energía diesel o electricidad de la red. También puede hibridar fuentes de energía para producir electricidad cuando el sol no brilla.
La Comisión Francesa de Energías Alternativas y Energía Atómica dijo recientemente que la energía fotovoltaica se convertirá en la forma más rentable de potenciar la desalinización. El estudio encontró que la energía fotovoltaica seguirá siendo la opción más económica hasta 2030.
Producción de agua potable autónoma y móvil para zonas aisladas
OSMO-WATT produce agua potable sostenible en sitios remotos al agrupar en un solo contenedor de 20 pies los beneficios de 2 soluciones ya conocidas:
- OSMOSUN: La solución solar autónoma para la desalación de agua de mar y salobre
- MOBIL-WATT: El contenedor solar que se puede desplegar en menos de 2 horas sin ingeniería civil
El contenedor totalmente equipado permite una implementación extremadamente rápida en situaciones de desastres naturales, militares o sanitarios, para poder producir de 5 a 100 m³ / día de agua potable. Una unidad OSMO-WATT puede cubrir las necesidades básicas de 5.000 personas según el nivel mínimo de consumo recomendado por la OMS de 20 litros por día.
El estudio de viabilidad, realizado a través de un convenio entre Emalsa, ITC y la Universidad Europea de Canarias, arroja datos concluyentes sobre mejoras operativas en la captación del agua y en el consumo energético del Complejo.
Fruto de la colaboración entre la Universidad Europea de Canarias (UEC), el Instituto Tecnológico de Canarias (ITC) y EMALSA, un grupo de estudiantes del Máster en Energías Renovables de la citada universidad ha desarrollado el estudio sobre el diseño e integración de un sistema flotante fotovoltaico en la Planta Desaladora de Ósmosis Inversa ‘Las Palmas III’ de Gran Canaria, obteniendo resultados favorables para su implementación y convertirse en un modelo pionero en España.
El estudio, realizado por el alumnado como Trabajo de Fin de Máster (TFM) y que lleva por título “Viabilidad técnico-termodinámica y diseño de un campo solar fotovoltaico flotante en la captación de agua de mar de la desaladora LAS PALMAS III – PIEDRA SANTA (LPGC)”, ha permitido dimensionar una planta solar de 1,53 MW sobre la lámina de agua de la balsa de captación de la planta desaladora, con una inversión cercana a los 2 millones de euros. Los datos obtenidos incluyen la obtención de energía renovable cercana al 3% del consumo anual de la planta desaladora, la reducción de la huella de carbono en 1.900 toneladas de CO2/año y el ahorro del orden de 170.400 €/año en facturación energética.
Por otro lado, al quedar cubierta la superficie de la balsa de agua con los paneles solares, se obtiene otro resultado muy interesante para la explotación de la planta, al reducir la variación de la temperatura del agua de mar, evitando ajustes de operación. El efecto inmediato de cubrir la masa de agua es la mejora en la eficiencia del proceso de ósmosis inversa, al estabilizarse la temperatura del agua de mar durante todo el año. Los resultados del estudio termodinámico, que simulan la cobertura de la balsa de captación con la planta flotante, reflejan una estabilización en el gradiente térmico a lo largo del día y también una reducción de la temperatura del agua acumulada con respecto a la masa de agua entrante (hasta 0,32°C en los días de mayor irradiación y hasta 0,18°C cuando ésta es menor). Además, este efecto supone un beneficio al reducir el contenido en boro del agua desalada.
El proyecto se encuentra actualmente en la fase de estudio económico para poder abordar su posible ejecución a medio plazo. En línea con la estrategia europea para la descarbonización de la economía, y principalmente en el sector industrial, mediante la sustitución de combustibles fósiles por fuentes de energía limpia, esta iniciativa es un ejemplo de la puesta en valor del enorme potencial que posee Canarias para la implantación de sistemas sostenibles en el binomio agua-energía. Confirma además al archipiélago como territorio de referencia para el desarrollo de proyectos innovadores, exportables a otras regiones del mundo.
Este estudio ha sido realizado bajo un convenio de colaboración para la especialización técnica de alumnado de máster universitario, suscrito entre el Instituto Tecnológico de Canarias, la Universidad Europea de Canarias y EMALSA. La iniciativa se enmarca en las acciones del proyecto europeo EERES4WATER, cofinanciado por el Programa Interreg Atlantic Area a través del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER), y que forma parte, a su vez, de la plataforma canaria DESAL+ LIVING LAB, donde se realizan proyectos de innovación e investigación en el nexo agua desalada-energía.
Este estudio de viabilidad ha sido realizado por los estudiantes Raúl Santana Domínguez, Cristina Rodríguez Domínguez, Carlos Matos Sánchez, Alberto Daniel Rico Cano, Adrián Olmos Henríquez y Abraham Yeray Martín Sánchez, siendo tutorizado por Baltasar Peñate Suárez, jefe del Departamento de Agua del ITC y por Juan Diego López Arquillo, director de la Escuela de Arquitectura de la Universidad Europea de Canarias.
La excelencia de los resultados de este trabajo ha sido valorada con la máxima puntuación y con la propuesta para la concesión de la Matrícula de Honor por unanimidad del Tribunal de la Universidad Europea de Canarias.
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ABIERTA LA 1ª CONVOCATORIA CAJAMAR INNOVA Abierta la primera convocatoria para seleccionar a los proyectos empresariales en el ámbito del agua. Arrancamos con tres programas: |
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| Programa de incubación, para proyectos empresariales que tienen al menos un prototipo o piloto de producto o servicio, que buscan validar el encaje problema-solución y el de producto-mercado. | |
| Programa de incubación de larga duración, para el mismo tipo de proyectos que el anterior, pero con un horizonte de desarrollo temporal más amplio. | |
| Programa de aceleración, para empresas que están realizando sus primeras ventas y que buscan crecer de manera rápida. | |
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La duración estándar es de 6 meses para cada programa, excepto en el caso del segundo, que es de 12. Se trata de programas semipresenciales, donde los proyectos seleccionados tendrán, además del seguimiento personalizado, la posibilidad de acceder a especialistas en diversas ramas de la gestión y de la tecnología. Así mismo, conocerán potenciales inversores y clientes. Todo ello para facilitar el éxito de sus iniciativas. Los emprendedores podrán acceder a infraestructuras, recursos, soporte técnico y tecnológico de los centros experimentales de la Fundación Cajamar para el desarrollo y validación de sus prototipos y pilotos. El plazo de inscripción de esta primera convocatoria está abierto desde el 25 de enero hasta el 23 de febrero, debiéndose completar el formulario habilitado a tal efecto en nuestra página web. La selección final de las empresas tendrá lugar entre los días 16 y 17 de marzo, estando previsto el inicio de los programas a finales de dicho mes. Contacta con nosotros en cajamarinnova@fundacioncajamar.com ¡Únete al reto de cambiar el mundo!
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Researchers from the National University of Singapore (www.nus.edu.sg), led by associate professor He Jianzhong, have found a new strain of bacterium called Thauera sp. strain SND5, which is capable of simultaneous nitrification and denitrification and phosphate removal from wastewater. The discovery has the potential to significantly reduce the operational costs and emission of greenhouse gases associated with traditional wastewater treatment methods.
Sewage contains nitrogen in ammonia and phosphorus in phosphates. Too much of either can pollute the environment and they must therefore be removed before the treated water can be released.
Most existing sewage treatment systems use separate reactors to remove nitrogen and phosphorus, which is a bulky and expensive process. Some existing systems use a single reactor, but they are inefficient because different bacteria in the same reactor will compete with one another, lowering the system’s overall efficiency.
NUS team’s use of the new bacterium can save about 62% of electricity due to its lower oxygen demand.
PRIMER CONGRESO DIGITAL DE AEDyR
El Primer Congreso Digital de Desalación y Reutilización de Agua surge por la necesidad del sector de poder mostrar sus novedades e innovaciones. Esta primera edición viene a completar la celebración de nuestro XIII Congreso Internacional que celebraremos en la ciudad de Córdoba en el año 2022.
El Congreso tiene como objetivo ofrecer un foro internacional donde poner en contacto a los expertos en desalación, reutilización y tratamiento de aguas, tanto de empresas, instituciones públicas, como universidades y centros de investigación, con el fin de presentar las últimas innovaciones, investigaciones y desarrollos en estos campos, fomentando el diálogo, la colaboración y el intercambio de experiencias, técnicas e ideas entre profesionales.
Conscientes de que en los tiempos actuales es difícil “desconectarse” por unos días, dividiremos el congreso en seis sesiones de tarde, distribuidas a lo largo del primer semestre de 2021.
Al ser en formato digital y gratuito, y tras el éxito que hemos obtenido con la celebración del Precongreso Digital esperamos volver a tener una asistencia masiva, tanto de profesionales nacionales como internacionales.
Webinar: Tecnologías recientes para acoplar la energía fotovoltaica con la ósmosis inversa.
ITC is collaborating with EDS on the forthcoming Webinar series starting on 27th January. «Recent Technologies for Coupling Photovoltaic Energy with Reverse Osmosis».
Incoming webinars:
| Webinar – Brine Concentration with Innovative RO Membranes and Processes Download PDF  |
Rick Stover, VP of Technology Gradiant USA Menachem Elimelech, Professor |
25.02.2021 | 15-17h GMT 16-18h CET |
| High Recovery RO Systems | to be confirmed (tbc) | tbc | tbc |
| Brine Management | to be confirmed (tbc) | tbc | tbc |
| Turning Waste Water into Drinking Water | to be confirmed (tbc) | tbc | tbc |
| Desalination in Israel – an Overview | to be confirmed (tbc) | tbc | tbc |
| Desalination in the Mining Industry | to be confirmed (tbc) | tbc | tbc |
Introducción
La salmuera es un subproducto hipersalino generado durante el proceso de desalinización que, desde siempre, y más en las últimas décadas, preocupa por los posibles impactos ambientales que genera en el momento en que es vertida, en particular al mar. El incremento de agua desalinizada en el mundo, aumenta por tanto la descarga al medio marino de ésta.
La imperiosa necesidad de gestionar nuestros recursos de forma eficiente y sostenible, el interés generalizado por la transformación de las industrias hacia una economía circular y los últimos avances tecnológicos, propician que la salmuera pueda convertirse en un fluido del cual pueda obtenerse materias primas de valor añadido. La valorización de la salmuera, en la década que vamos a entrar, se considera un reto global estratégico.
Desde finales del s. XX, la salmuera ya estaba en el punto de mira de técnicos e investigadores. Especialmente en las Islas Canarias, donde se generan grandes volúmenes en muy poca longitud de costa, la salmuera ha sido usada como aporte en salinas tradicionales para producir sal de mesa o industrial, o como medio de cultivo para microalgas con intereses de mercado en las instalaciones experimentales del Instituto Tecnológico de Canarias.
Estos antecedentes y capacidades propician que las Islas Canarias puedan ser un centro demostrador de las potencialidades de uso de la salmuera. La Plataforma DESAL+ LIVING LAB tiene entre sus líneas de I+D+i, y gracias al apoyo de sus integrantes, el propósito de abanderar casos de éxito en la valorización de salmueras de planta desalinizadoras en Canarias.
Este estado del arte y análisis con prospectiva que aquí se presenta es el resultado parcial de un trabajo realizado en el marco del estudio “Retos y Oportunidades de la valorización de salmuera y su integración en la economía circular de Canarias y espacio de Cooperación” – trabajo elaborado por la empresa ECOS y promovido por la Agencia Canaria de Investigación, Innovación y Sociedad de la Información (ACIISI), miembro del DESAL+ LIVING LAB.
Procesos y tecnología para valorizar la salmuera
Las técnicas de aprovechamiento se pueden clasificar en tres categorías: producción de energía a través gradiente salino, extracción de compuestos y uso del gradiente salino en procesos de concentración.
Valorización energética
La energía del gradiente salino fue expuesta por primera vez por R.E. Pattle en un artículo de la revista Nature en 1954 [1]. Pero no es hasta 20 años después, coincidiendo con la crisis del petróleo de 1973, cuando se retoman las investigaciones para aprovechar esta fuente de energía limpia. Además, no se lleva a cabo la construcción de plantas piloto hasta la primera década del siglo XXI, coincidiendo de nuevo con la inflación del petróleo de 2008. Es ahora, con el cambio climático como escenario principal, cuando se pone la mirada en el desarrollo de esta fuente de fuente de energía, en la que destacan tres tecnologías frente al resto.
Electrodiálisis inversa/reversible – RED
Su funcionamiento se basa en el principio de una batería tradicional, cuando se juntan dos fluidos de diferente concentración, con una membrana permeable a los iones por medio, se produce un flujo iónico del flujo más concentrado al menos concentrado. Este flujo de electrones a través de la membrana de intercambio iónico genera una corriente eléctrica que puede ser aprovechada. Sin embargo, distintas investigaciones [2] [3] han determinado que la cantidad de energía que puede ser extraída por este método empleando agua de mar no alcanza los 3 W/m2, por lo que se precisa de una mayor investigación de las membranas de intercambio iónico para lograr que sea una tecnología competitiva.
Ósmosis por presión retardada – PRO
La Ósmosis por Presión Retardada es una tecnología que emplea energía mecánica (presión) para la generación de la energía eléctrica.
Esta tecnología une los conceptos de la ósmosis natural e inversa. En la ósmosis natural, dos fluidos con diferente salinidad se ponen en contacto a través de una membrana semipermeable, que permite el paso del agua, pero no de las sales. De modo que, el agua menos concentrada fluye hacia la cámara de mayor concentración salina. En el caso de la PRO, a la solución de mayor concentración se le aplica una presión, aunque inferior a la presión osmótica, para que el flujo siga siendo en la dirección natural. El aumento de caudal produce un aumento de presión que puede ser aprovechado, por ejemplo, por medio de una turbina. Estos sistemas son capaces de generar hasta 10 W/m2 [3]. A pesar de ello, aún falta en el mercado membranas específicas que sean capaces de soportar las presiones aplicadas en este proceso.
Mezcla capacitiva – CAPMIX
La Mezcla Capacitiva es una tecnología emergente que genera energía eléctrica de manera directa. En este caso se aprovechan electrodos de carbón activado con características específicas. Cuando el agua salina entra en un depósito con los electrodos, estos son capaces de almacenarla. En un segundo paso, el agua se evacúa y entra agua dulce, en este momento los electrodos ceden la energía almacenada. La corriente alcanzada con este sistema no supera – 1 W/m2 [4]. Se trata de una tecnología que aún requiere de mayor investigación y continuar avanzando en el desarrollo de nuevos electrodos más eficientes.
Valorización de compuestos
La salmuera generada en los procesos de membranas de desalación de agua de mar contiene básicamente los mismos compuestos que el agua de mar captada, aunque la concentración de prácticamente todos sus elementos se eleva a un valor cercano al doble (dependiendo del grado de conversión de la planta desalinizadora). Además contendrá trazas de productos químicos usados en la etapa de pretratamiento. Los componentes mayoritarios presentes son el cloro y sodio, seguidos por sulfatos, magnesio, calcio y potasio, en ese orden [5]. A bajas, o muy bajas, concentraciones se encuentran una multitud de elementos, desde litio hasta uranio, por citar dos ejemplos [6].
Los compuestos extraíbles de la salmuera se obtienen mediante diferentes combinaciones entre sus elementos y la cantidad dependerá de la concentración de estos elementos en la salmuera. Compuestos como el cloruro sódico puede obtenerse mediante evaporación, hidróxido de magnesio o carbonato de calcio mediante reacciones de precipitación [7]. También pueden conseguirse ácidos y bases como el ácido clorhídrico y el hidróxido sódico mediante el proceso electroquímico de electrodiálisis con membranas bipolares (BMED) – proyecto VALORSAL [8]. De similar manera, podría obtenerse también hipoclorito sódico empleando la tecnología de electrólisis en un proceso cloro-álcali [9]. Otros elementos como litio, uranio, cesio y rubidio, por ejemplo, han conseguido ser extraídos a través de diferentes procesos de adsorción e intercambio iónico [10].
Un claro ejemplo de la importancia que presenta esta utilidad de la salmuera es el compromiso de la Comisión Europea financiando grandes proyectos para valorizar las salmueras. Ejemplo de ello es el proyecto Sea4Value [11]. En cuatro años explorará la extracción de diferentes minerales de la salmuera, mediante procesos por desarrollar, como son la nanofiltración con nuevas membranas, la adsorción con módulos impresos en 3D o la cristalización por membrana, entre otros. Instituciones y empresas expertas de siete países europeos participarán en este proyecto englobado en el ámbito de la economía circular.
Otras posibilidades surgen de la interacción de la salmuera con otros compuestos. De especial interés resulta la captura de CO2, que además de reducir las emisiones de este gas de efecto invernadero, puede generar subproductos de valor como el bicarbonato sódico [12]. Una tecnología que trabaja con este concepto es la Spontaneous Membrane Ionic Transfer – SMIT [13].
Valorización del gradiente
Otra forma de aprovechar la salmuera es a través de la tecnología de Forward Osmosis (FO) u Ósmosis Directa, que se fundamenta en el proceso natural ya descrito del fenómeno de la ósmosis. De manera que esta técnica puede concentrar un efluente líquido, disminuyendo así el volumen de residuos a tratar, facilitar su transporte, o incluso, aprovechar estos residuos para una segunda vida. A su vez, la FO puede ser una manera energéticamente eficiente de concentrar un efluente líquido.
En la actualidad ya se emplean otros procesos de membranas, como la ósmosis inversa (RO) y la ultrafiltración (UF), para reducir el volumen de agua en un efluente, sin embargo, estos procesos requieren operar a presiones elevadas, lo que supone un mayor coste energético [15].
Esta tecnología ha sido ampliamente evaluada en los últimos años para su uso en sectores como la industria láctea y ganadera, zumos y bebidas de frutas, industria cervecera, industrias químicas, farmacéuticas, minería, textil e incluso para el secado de algas.
La aplicación de la FO en salmueras procedentes de desalinizadoras está siendo probada a nivel de proyectos piloto y de laboratorio; sin embargo, promete ser una opción para reducir los consumos específicos de procesos de concentración industriales.
Conclusiones
Considerar la salmuera de las plantas desalinizadoras como un recurso y no como un desecho es una oportunidad estratégica. A pesar de lo ya caminado, aún no se han conseguido implantar tecnologías a escala industrial. La falta de viabilidad económica de los distintos procesos, el desarrollo de nuevas membranas selectivas o la optimización de la hibridación de procesos emergentes son parte de los grandes retos por superar en este prometedor campo.
En el caso de la valorización de compuestos, optimizar al máximo la conversión y la calidad de los productos extraídos determinará en gran parte el éxito de cada proceso. Además, consideraciones como la demanda y precio de cada producto final en mercados locales y globales poseen gran influencia en cuanto al desarrollo particular de tecnologías asociadas a la extracción de determinados compuestos.
A pesar de las limitaciones que las tecnologías presentan actualmente, se debe seguir trabajando en la búsqueda de la viabilidad de aprovechar la salmuera como un medio para la optimización de los procesos de desalinización en sí mismos, ya sea con la reducción del consumo energético o la generación de compuestos químicos a ser usados en la propia planta.
Agradecimientos
Este trabajo ha sido cofinanciado por la Agencia Canaria de Investigación, Innovación y Sociedad de la Información – Gobierno de Canarias (ACIISI) a través del Proyecto DESAL+ – Plataforma macaronésica para el incremento de la excelencia en materia de I+D en desalación de agua y del conocimiento del nexo agua desalada-energía (MAC/1.1a/094), cofinanciado por fondos FEDER en el marco del programa INTERREG MAC (2014-2020).
Los autores quieren agradecer el apoyo prestado para este estudio por los socios del proyecto DESAL+, la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria y la Universidad de La Laguna.
La empresa danesa Wavepiston ha desplegado en aguas del banco de ensayos de la Plataforma Oceánica de Canarias (PLOCAN) dos módulos de su dispositivo de generación de energía de las olas a escala real, que permite la producción de electricidad y la desalinización de agua del mar.
El acceso para las pruebas en el banco de ensayos ha sido financiado con fondos de la Comisión Europea por el proyecto Blue-GIFT, que ayudará a las empresas del Arco Atlántico a probar la próxima generación de tecnología de energías renovables marinas (ERM) en entornos marinos reales y demostrar que se puede generar energía de forma económica a partir del océano.
Blue-GIFT implicará un mínimo de ocho demostraciones precomerciales de tecnología eólica flotante, olas o mareas, más de 24.000 horas de operación, trabajo con más de veinte PYMEs, mantendrá más de treinta empleos y ayudará a asegurar una inversión de 15 millones de euros en empresas de ERM.
El prototipo de Wavepiston de generación de energía undimotriz fue ensamblado en el Puerto de Las Palmas y remolcado hasta las instalaciones de PLOCAN.
El sistema en pruebas está formado por colectores de olas en cadena entre dos boyas ancladas al fondo marino. Las placas de los colectores se mueven con el paso de las olas, bombeando agua a presión a una tubería que termina en una turbina o en un sistema de osmosis inversa para la obtención de energía o agua desalinizada.
Las principales características de esta tecnología son su estructura flexible, robusta y ligera, su diseño modular y su mínimo impacto en el medio marino.
Wavepiston es una compañía de ingeniería danesa fundada en 2006. El concepto de su tecnología ha sido probado en el canal de ensayos de la Universidad de Aalborg en 2010, así como modelos a escala 1:9 en 2013 y 1:2 en la costa danesa del mar del Norte entre 2015 y 2019.
En noviembre de 2020, Wavepiston lanzó una campaña de microfinanciación con el objetivo de conseguir fondos para la fase final de desarrollo y demostración de su tecnología a escala real, esperando conseguir entre 2 y 3 millones de euros.
La escasez de agua es el desafío más acuciante para el desarrollo socioeconómico y humano, situación que en muchos países se ve agravada a causa del cambio climático, sobre todo en zonas áridas y semiáridas con falta de recursos hídricos. La UNESCO estima que alrededor de 2.200 millones de personas viven sin acceso a agua potable limpia y segura, y las previsiones apuntan que para 2050 un cuarto de la población mundial podría vivir en áreas con escasez de agua durante al menos un mes al año.
Un modo de paliar la escasez hídrica es recurrir a las tecnologías de desalinización, ampliamente utilizadas para obtener agua dulce en muchas partes del mundo. Las innovaciones tecnológicas en las últimas décadas han dado como resultado una reducción significativa en los costes de energía asociados a las tecnologías de desalación. Sin embargo, las tecnologías actuales (basadas tanto en membranas como en procesos térmicos) siguen teniendo un alto coste energético. La energía teórica mínima requerida para separar las sales del agua de mar para producir agua dulce es de 0.706 kWh/m3. En la práctica, la demanda energética para la desalinización de agua es de alrededor de 3.5 kWh/m3 para los procesos de ósmosis inversa (OI) [1], y en el caso de los procesos térmicos, este consumo energético pueden ser aún mayor (del orden de 5.5–40 kWh/m3 para destilación flash multietapa y destilación multiefecto), lo que limita su uso solo en áreas o países con acceso a combustibles baratos.
Tecnologías de desalinización y emisiones de CO2
La capacidad instalada de los sistemas de desalinización de agua en el año 2019 era de alrededor de 100 millones de metros cúbicos al día de agua desalada [2] , y se espera que esta cifra crezca en las próximas décadas. Este dramático incremento en la producción de agua desalinizada creará una serie de problemas, entre ellos, el consumo de energía y la contaminación causada por el uso de combustibles fósiles para obtenerla. La actual preocupación por los problemas medioambientales, las emisiones y el nivel de CO2 en la atmósfera, y los problemas económicos a nivel global derivados de la escasez y de la localización de las reservas de petróleo mundiales, avivan el debate sobre la viabilidad real de la obtención de agua desalinizada mediante estas tecnologías.
Las tecnologías de desalinización de agua de mar encontraron su primera ubicación en Oriente Medio, en zonas áridas y con escasez de recursos hídricos, pero sin restricciones de energía (combustibles fósiles) y, por consiguiente, con altos ingresos obtenidos por la venta de petróleo. Paradójicamente, en un contexto donde la energía es barata, el agua posee un valor incalculable, por lo que no es de extrañar que las tecnologías de desalinización encontraran un buen lugar para implantarse y desarrollarse.
Sin embargo, existen otras áreas del planeta donde las poblaciones no cuentan ni con los recursos económicos, ni con los yacimientos de petróleo que les permitan un desarrollo como los anteriores, y no pueden permitirse la obtención de agua potable mediante estas tecnologías. Por este motivo, la investigación en tecnologías de desalinización se está concentrando en la última década en resolver los puntos clave que permitan extender su uso y lograr la obtención de agua potable en regiones con limitados recursos económicos, como por ejemplo, reducir el coste económico de los sistemas de desalinización.
Si bien es cierto que el agua de consumo humano representa uno de los principales problemas relacionados con la escasez de agua, es importante indicar que el uso del agua en agricultura y la industria representa aproximadamente el 70 % del uso de agua dulce en áreas o países industrializados, pudiendo llegar al 90 %. Por esta razón, la disponibilidad de recursos hídricos está estrechamente relacionada con el crecimiento económico y los procesos productivos.
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Biotecnología para desalinización sostenible
En los últimos años se han propuesto nuevos conceptos de desalinización sostenible como, por ejemplo, la integración de sistemas de desalinización con energías renovable (fotovoltaica o térmica); nuevas tecnologías de membranas para su uso en procesos de ósmosis directa (FO); la mejora en los pre y post-tratamientos; la recuperación de energía por gradiente salino; el reciclaje de membranas [referencia], y los sistemas de desionización capacitiva para eliminación de contaminantes inorgánicos, entre otros.
A la búsqueda de un nuevo paradigma para la obtención de agua potable con bajo coste y con nulas emisiones de CO2, la biotecnología ha irrumpido en la última década en el ámbito de la desalinización para proporcionar soluciones al problema de la escasez de agua. Entre las propuestas se encuentra la biodesalinización, que emplea cianobacterias [3] o microrganismos halófilos [4]. No obstante, la biodesalinización sostenible se encuentran en sus etapas iniciales a escala laboratorio, y la producción de agua es escasa todavía para pensar en una aplicación real.
Sin embargo, hay que destacar el interés que ha suscitado en el ámbito científico el concepto de las celdas de desalinización microbiana (en inglés, Microbial Deslination Cells), inicialmente propuesto por Cao et al. en 2009 [5], y que supone la hibridación de celdas microbianas de combustibles con electromembranas. Esta tecnología permite la obtención de agua empleando la energía contenida en efluentes con contenido de materia orgánica (por ejemplo, aguas residuales), y es objeto de investigación y desarrollo en los últimos 10 años.