Todas las fuentes de energía, incluida la electricidad, requieren del agua en sus procesos de producción, ya sea para la refrigeración de las plantas térmicas, para la extracción de materias primas, la limpieza o para el funcionamiento de las turbinas.
En un momento clave para la recuperación económica, se hace necesario establecer objetivos que permitan alcanzar la eficiencia energética y lograr la descarbonización de la economía antes de 2050, así que la investigación y la tecnología han adquirido un papel fundamental para desarrollar soluciones que permitan obtener energía dentro del sector del agua sin sacrificar el medio ambiente.
Estos son solo algunos ejemplos de empresas, centros de investigación y ciudades que han apostado por la innovación en uso energéticos para conseguir una mejor gestión del agua.
Aqualia patenta una nueva tecnología para desalar agua sin aporte externo de electricidad
La UJA impulsa un proyecto para producir energías renovables y abastecer de agua a zonas de África
La CAM impulsa proyectos de eficiencia energética e hídrica a través de Canal de Isabel II
La Agencia Catalana del Agua invertirá 3,3 millones en instalar placas solares en 29 depuradoras
ABB ayuda a una compañía brasileña de abastecimiento de agua a lograr un ahorro energético del 25%
Valencia estrena la primera estación eléctrica generada a partir de la red arterial de agua
Baleares inicia un proyecto para reutilizar los lodos de las depuradoras como fuente de energía
La UAL y Aqualia investigarán la aplicación de la energía solar en la gestión del agua
Por Abraham Esteve Núñez, investigador asociado de IMDEA Agua.
En los últimos años el término economía circular ha entrado con fuerza en distinto ámbitos, haciéndonos reflexionar sobre la importancia de una mejor gestión de materias primas y la valorización de residuos en todos los niveles de la cadena de producción y consumo. Si bien la economía circular parece estar más enfocada a la gestión de materiales, el mundo del agua no podía quedar al margen de esta estrategia.
Dada la idiosincrasia del agua como recurso, las prácticas de economía circular más inmediatas podrían ser la reutilización y la desalación. Ambas están orientadas a satisfacer de forma sostenible a los dos grandes consumidores de agua a nivel nacional: el uso agrícola (75 %) y el abastecimiento urbano (10 %). Además, existe un tercer “consumidor”, el acuífero, que puede ser satisfecho a través de la recarga con agua regenerada.
No obstante, frente a las acciones más obvias se impone reconocer la presencia del agua en casi todo el sector industrial y, por tanto, habría que analizar en detalle de qué manera el sector productivo se puede beneficiar al considerar al agua como un material más, sujeto a los principios de sostenibilidad propuestos por la economía circular.
El agua que no es solo agua
Con ello me refiero a la mal llamada agua residual o agua contaminada; según los principios más básicos de economía circular, se convierte ahora en una corriente enriquecida en compuestos que, en otro momento, fueron considerados de valor añadido, y que ahora, formando parte de mezclas complejas, tienen un valor intrínseco. Algunos de esos compuestos nitrogenados o fosforados pueden actuar como nutrientes para las plantas, y ya existen tecnologías –como la producción de estruvita a partir de agua residual urbana–, capaces de suministrarlo en forma granulada y lista para el consumo. Lamentablemente en nuestro país, a diferencia de lo que ocurre en otros, todavía no es legal su uso como fertilizante. Un claro ejemplo de que el cuello de botella de la economía circular no está solo en el lado de las tecnologías.
Frente a una lista concreta y bien definida de nutrientes, la mezcla compleja que suponen los compuestos orgánicos exige un cambio de estrategia con el objeto de convertir esa plétora de contaminantes en un único producto de mayor valor. Desde hace más de un siglo, depuramos las aguas transformando sus contaminantes en algo que la biotecnología moderna no dudaría en llamar biomasa microbiana, pero que la ingeniería de aguas optó por denominar con un término peyorativo: lodo o fango. Llevamos décadas intentando tratar y valorizar esa biomasa, incluso darle soluciones imaginativas como la pirólisis o la generación de material de construcción. Sin embargo, tendría más sentido explorar tecnologías donde la valorización sea más directa. Esto pasa por concebir el tratamiento de agua residual como una industria productiva y no como una destinada a degradar los elementos que la componen con el objetivo principal de generar un agua que cumpla los límites legales de vertido. Si se me permite la licencia, si recurrimos a tratamientos biológicos para tratar nuestras aguas, entonces los sistemas deben tener más de biotecnología y menos de ingeniería civil. Existen casos de éxito donde la carga orgánica es transformada en biomasa de microalgas o, incluso, en bacterias púrpuras fotosintéticas con un elevado contenido en proteína que las hace muy atractivas en el sector de alimentación animal.
Si se me permite la licencia, si recurrimos a tratamientos biolo?gicos para tratar nuestras aguas, entonces los sistemas deben tener ma?s de biotecnologi?a y menos de ingenieri?a civil.
El mundo rural como campo de pruebas
Adaptar las grandes plantas de tratamiento a estos nuevos conceptos de sostenibilidad no es tarea fácil y puede que nos lleve décadas ser testigos del cambio. Aún así, el tratamiento de aguas descentralizado en pequeñas aglomeraciones urbanas ofrece un tamaño de escala apropiado para el ensayo de nuevos conceptos de economía circular y significativo como para validar estrategias exportables a instalaciones de mayor tamaño. De hecho, el mundo rural siempre se ha regido por estrategias de economía circular de una forma natural, y está más predispuesto al reciclaje, la reutilización y a evitar el desperdicio de recursos.
Aquellas aplicaciones con buenos indicadores ambientales y econo?micos se convertira?n en nuevos nichos de negocio, generando puestos de trabajo en un entorno de sostenibilidad medioambiental.
Hasta ahora era frecuente valorar las estrategias de economía circular en el campo del agua mediante indicadores propios del sector: el porcentaje y destino de aguas reutilizadas, el uso de la energía, etc. Esta nueva disciplina solo alcanzará su madurez cuando empecemos a tratarla con parámetros de índole económica que señalen no solo la sostenibilidad ambiental sino también la rentabilidad. Herramientas como el análisis de ciclo de vida (LCA) y de costes de ciclo de vida deben ayudar a tomar decisiones de implantación. Quizás muchas de las aplicaciones creativas planteadas por científicos y tecnólogos no lleguen a ser aceptadas nunca por el mercado; pero aquellas con buenos indicadores ambientales y económicos se convertirán en nuevos nichos de negocio, generando puestos de trabajo en un entorno de sostenibilidad medioambiental.
Las industrias agroalimentarias tienen por delante el reto de adoptar los principios de la economía circular en la gestión del agua.
El objetivo es rediseñar los procesos productivos con la mentalidad de evitar las “aguas residuales” y considerar todas las corrientes líquidas generadas como una fuente de recursos a aprovechar. La meta es alcanzar la eficiencia máxima en el uso del agua optimizando su uso y facilitando el máximo reciclado interno o externo de los recursos, y/o reutilización del agua en la propia planta o en el entorno próximo.
Un cambio en la forma de pensar con una visión integral y circular del uso del agua junto con la incorporación de nuevas tecnologías de tratamiento hará posible esta transformación.
El Ministerio de Ciencia lanza una compra pública precomercial para testar un nuevo prototipo de desalinizadora con 11,5 millones de euros.
El Ministerio de Ciencia e Innovación ha licitado el desarrollo de soluciones innovadoras en desalinización en Gran Canaria por un importe de 11,49 millones de euros con el objetivo de crear y testar un nuevo prototipo de desaladora de agua de mar más eficiente y barato.
El concurso abierto por el Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial (CDTI) pretende adquirir, mediante compra pública precomercial, los servicios de I+D destinados a desalinizar agua con un consumo de energía inferior a 2 kilovatios/hora por metro cúbico, mínimo impacto ambiental y la integración de iniciativas que fomenten la economía circular en planta. La ejecución del proyecto tiene un tiempo máximo de 19 meses.
Este proyecto pone a Gran Canaria «a la vanguardia» de la desalación de agua y ayuda a afrontar el futuro «con mucha mayor tranquilidad, porque vamos a disponer de soluciones tecnológicas eficientes para afrontar este reto», agregó Morales. La isla, dijo, es «pionera tanto en desalación como en depuración, pero hay que afrontar el reto de seguir fabricando agua porque los acuíferos disminuyen».
Esta iniciativa responde a la apuesta del Cabildo, a través del Consejo Insular de Aguas (CIA) y la Sociedad de Promoción Económica (Spegc), y el Instituto Tecnológico de Canarias (ITC) para impulsar el desarrollo de tecnologías vinculadas a la desalinización dentro de la plataforma Desal+Living Lab.
En 2019 el CDTI lanzó una consulta pública para saber qué actividades de I+D proponían las empresas españolas para resolver necesidades públicas. Recibió 274 propuestas y de las canarias solo seleccionó la del Cabildo.
Gran Canaria tiene una capacidad de desalación de 104 hectómetros cúbicos de agua marina al año entre 20 desaladoras públicas y privadas. La isla produce el 50% del agua que consume y destina a ello el 15% de la producción eléctrica insular. En principio el prototipo que busca el concurso se probará en alguna desaladora del CIA.
Europa tiene una estrategia para desviar la ineludible trayectoria actual de colapso de los recursos puestos en servicio, hacia una sociedad neutra en carbono, sostenible, generando el mínimo impacto ambiental posible y eficiente en el uso de éstos. Todo pasa por aplicar conceptos económicos basados en la circularidad en las diferentes etapas de la cadena de valor.
La forma en la que se obtiene, transforma, distribuye, trata y se reutiliza el agua que consumimos no se queda fuera de esta estrategia. Y si consideramos los espacios insulares europeos, en donde el agua es un recurso muy limitado y normalmente sujeto a considerables impactos, aplicar principios de economía circular y sostenibilidad se convierte en una obligación de los Estados miembros europeos. Sin dejar atrás el papel que juegan los consumidores en este reto a conseguir antes de 2050.
En las islas europeas, las cuales por número y por población mayormente se localizan en el sur del continente (Grecia, Italia, España), el agua que se consume históricamente proviene de la pluviometría local, y cada vez más se obtiene de procesos industriales, como la desalación de agua de mar. Aquí nos encontramos la primera oportunidad de aplicar criterios circulares. Los procesos deben tender a incrementar la proporción de agua desalada frente al agua captada. Además, eso permitirá reducir los volúmenes de salmuera que se generan, a la par que se valoriza este vertido con muchas expectativas de explotación. Cada vez más, los procesos para potabilizar y desalar tienden a reducir los productos químicos usados y/o a aplicar los menos tóxicos existentes.
En los espacios insulares europeos, donde el agua es un recurso muy limitado y normalmente sujeto a considerables impactos, aplicar principios de economía circular y sostenibilidad se convierte en una obligación.
Aparte de todo ello, la constante búsqueda de la máxima eficiencia energética y el uso de las energías renovables para reducir la huella de carbono, usadas ya sea de forma directa en bombeos o plantas de proceso, o mediante inyección a la red eléctrica, deben convertirse en obligación normativa en la cadena de valor del ciclo industrial del agua.
En cualquier territorio europeo, particularmente en entornos insulares, es inconcebible mantener rendimientos hidráulicos en las redes de distribución de agua, potable o agrícola, por debajo del 80%. Las mermas en las redes superan en muchas islas el 40%. Son, a día de hoy, la gran batalla ante la circularidad. No solo representan pérdidas económicas en la gestión municipal, sino que son un verdadero sumidero de pérdida energética y de impacto ambiental, al tratarse de aguas subterráneas con un alto valor ecológico o de aguas desaladas con una alta huella de carbono.
En este ámbito del consumo de agua potable para abastecimientos urbanos, el ciudadano juega un doble papel esencial. Por un lado, tiene en su “mano” reducir el consumo del recurso y por otro, velar por no contaminar más de la cuenta el agua que usa, que posteriormente tendrá que ser regenerada y reutilizada en usos de valor añadido. Las dotaciones por habitante en las islas europeas, sociedades aisladas antaño con mínimos recursos económicos, se han duplicado en menos de treinta años. El crecimiento económico, el estado de confort, el turismo, etc., repercuten inexorablemente en el incremento de la demanda y se hace preciso aplicar mecanismos de ahorro y sistemas de tarificación que fomenten el uso racional del agua. Europa apunta a mejorar un 10 % la eficiencia en el uso del agua. Objetivamente, parece un reto muy conservador.
La reutilización de aguas es un pilar fundamental en la economía circular al valorizarse un residuo como es un agua residual. La adecuada depuración y regeneración de aguas en islas es clave, puesto que se pone en valor un recurso que puede cubrir ampliamente usos agrícolas, ciertos usos urbanos o industriales, cubiertos mayormente con recursos naturales o aguas desaladas. Y por otro lado, se reduce la presión ambiental sobre el medio marino, puesto que hoy en día se devuelve al mar un altísimo porcentaje de las aguas servidas. Es en este eslabón de la gestión del agua donde mayores esfuerzos deben ponerse, puesto que la depuración y la regeneración de aguas presenta grandes oportunidades de circularidad (reúso, nutrientes, agua a menor coste), a la vez que se pueden alcanzar otros objetivos de adaptación al cambio climático.
Y es que el cambio climático, ya visible en nuestras islas, nos obliga a mejorar la eficiencia en el uso del agua en hogares, industrias, sector turístico, áreas recreativas y complejos agrícolas. La estrategia circular nos permitirá reducir la demanda y fomentar la oferta sostenible de los recursos hídricos, junto a una adecuada planificación hidrológica con instrumentos útiles de gobernanza.
Circularidad, mitigación y adaptación al cambio climático, van de la mano en los entornos insulares para orientar nuestra sociedad hacia la sostenibilidad y adentrarse en otro reto aún mayor: la soberanía hídrica, energética y alimentaria.
Circularidad, mitigación y adaptación al cambio climático, van de la mano en los entornos insulares, para orientar nuestra sociedad hacia la sostenibilidad y adentrarse en otro reto, aún mayor, que no es otro que la soberanía hídrica, energética y alimentaria.
La primera planta desaladora alimentada exclusivamente con energía fotovoltaica de Cabo Verde, pionera en la Macaronesia, abastece de agua potable a la población de Ribeira Dom João de manera autosuficiente y sostenible, fruto de la colaboración de Canarias con el archipiélago africano en el proyecto DESAL+
La instalación de desalación autónoma ubicada en la isla de Maio es un proyecto demostrativo y de transferencia de tecnología desarrollado por el Instituto Tecnológico de Canarias en cooperación con la Cámara de Maio y la empresa local Aguas y Energía de Maio, en cuya ejecución han intervenido empresas instaladoras canarias
La planta desaladora por ósmosis inversa ubicada en la localidad de Ribeira Dom João, en la isla caboverdiana de Maio, provee de agua desalada a una población de apenas 200 habitantes para uso cotidiano y agrícola, aproximadamente unos 400 m3/mes. Desde el pasado mes de junio opera con energía solar de forma autónoma, dando respuesta al problema de aislamiento (sin conexión a red) que obligaba al uso de combustibles fósiles para su funcionamiento.
El Instituto Tecnológico de Canarias (ITC) ha aplicado su conocimiento y desarrollos tecnológicos avanzados en desalación autónoma con renovables en esta instalación demostrativa en Cabo Verde que sirve como piloto para otros territorios de la Macaronesia con necesidades similares. Esta iniciativa ha sido posible gracias al acuerdo de colaboración firmado entre el ITC, la Cámara Municipal de Maio, la Agencia Nacional de Agua y Saneamiento y la Universidad de Cabo Verde, en el marco del proyecto europeo de cooperación DESAL+, cofinanciado a través del Programa Interreg MAC 2014-2020.
La planta actual tiene capacidad para operar de forma autónoma, con uso exclusivo de energía solar, durante más de 7 horas al día, en sustitución del generador diésel que venía utilizándose hasta ahora. En términos económicos, según los escenarios analizados -capacidad de producción de 120 m3/día y consumo de energía de 2,4 kWh/m3-, la instalación alcanza una reducción de más de 70.000 ECV (Escudos caboverdianos) al mes. El coste de producción actual es de 180-200 ECV/m3 (1,6-1,8 euros/m3), frente a los 280-300 ECV/m3 (2,5-2,75 euros/m3) con generador diésel.
El pasado 13 de junio, con motivo de la puesta en marcha de la desaladora 100% renovable en Ribeira Dom João, la embajadora de España en Cabo Verde, Dolores Ríos Peset, visitó la instalación junto a una delegación de Embajadas de la Unión Europea, acompañados por autoridades caboverdianas.
Instalación solar fotovoltaica en planta desaladora RDJ
El proyecto de aplicación de energías renovables aislado de red para la desaladora de Ribeira Dom João arranca en 2019 con el diseño y dimensionado del sistema por parte del equipo técnico del ITC y continúa en 2020 con los trabajos adjudicados -mediante licitación- a dos empresas canarias, concretamente a Domingo Ponce García, para la optimización del consumo energético de la planta; y a Grupo Element Las Palmas, para la ejecución del sistema fotovoltaico (33,6 kWp) basado en la tecnología DESSOL® patentada por el ITC.
El sistema de “desalación 100% solar” instalado en Ribeira Dom João, el primero de Cabo Verde y precursor en la Macaronesia en el suministro de agua desalada en condiciones reales, permitirá garantizar el abastecimiento de agua potable a la población sin estar condicionada a la existencia de combustible, además de abaratar el coste de producción del agua, aliciente para el desarrollo de la agricultura local.
La comarca Norte contará con la primera desaladora de Canarias con criterios de economía circular. Se ubicará en el parque científico tecnológico de La Punta de Gáldar
La Mancomunidad del Norte ha adjudicado a la UTE formada por la empresa Canaragua y Elmasa los servicios de ingeniería, fabricación, instalación, puesta en marcha, explotación y legalización de una desaladora de agua de mar basada en criterios de economía circular para ser instalada en el Parque Tecnológico de Gran Canaria, en la Punta de Gáldar. Todo ello por un importe de 207.583 euros,
Será la primera planta industrial de Canarias diseñada bajo los criterios de economía circular, concebida como un proceso de producción de agua desalada con totales garantías, que requerirá la mínima energía al mayor factor de conversión posible, haciendo un uso sostenible de las materias primas.
La desaladora propuesta por la UTE se basa en la tecnología de ósmosis inversa, contará con una capacidad de producción de 375 m3/d de agua desalada, con menos de 750 uS/cm de conductividad, de los que 75m3/d se podrán destinar a agua de abasto para consumo humano del personal e investigadores que trabajen en el parque científico tecnológico; y el resto será agua industrial para la actividad de proyectos de las propias instalaciones.
Por el carácter altamente innovador y de máxima eficiencia que se pretende con esta desaladora, con el fin de respetar los principios de economía circular por los que el parque científico se constituye, esta planta presenta una serie de diferencias en el diseño y explotación. Entre ellas está la de no usar reactivos químicos en el pretratamiento; eliminar la filtración en arena al contar con un pozo playero de captación de agua de mar del que se prevé una adecuada calidad de agua a desalar; y dimensionar la desaladora con el equilibrio óptimo entre la conversión del proceso, el más bajo flujo de membrana posible y la energía consumida. Todo ello unido a un sofisticado sistema de control y adquisición de datos para garantizar una operación eficiente en modo automático presencial y remoto.
Además, según informa la Mancomunidad de Ayuntamientos del Norte, se va a incorporar en este diseño un elemento diferenciador para reducir aún más si cabe la huella de carbono de la desalación. Será la contribución de energía solar fotovoltaica aislada de red sin excedentes, conectada directamente a los variadores de frecuencia de las bombas de la planta. Es un concepto innovador que permitiría, gracias a una instalación de 22,5 kWp de energía solar fotovoltaica en la cumbrera de la nave donde estará alojada la planta desaladora, alcanzar un ahorro esperado de energía de la red eléctrica superior al 20% al año. Aplicaciones similares en plantas desaladoras testadas por el Instituto Tecnológico de Canarias en sus instalaciones de Pozo Izquierdo avalan esta solución para poder alcanzar ahorros de energía fósil de hasta un 35% operando en franja diurna.