Energía
Desalinización impulsada por energía solar – Resolviendo la escasez de agua para 2.2 mil millones de humanos
Añade Securities.io a tus fuentes preferidas en Google
El problema de la escasez de agua es más urgente de lo que podemos imaginar. Según los datos presentados por el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente, cerca del 50 % de la población del planeta, casi 4.000 millones de personas, sufre escasez de agua al menos un mes al año.
La previsión citada en este artículo de 2024 situaba en 1.800 millones el número de personas que podrían afrontar «escasez absoluta de agua» en 2025, según la FAO. Se trata de una previsión histórica, no de una medición del resultado real de 2025.
Abordar un problema tan enorme y omnipresente requiere soluciones innovadoras, soluciones que utilicen recursos inexplorados o poco explotados.
Por ejemplo, combatir el problema de la escasez de agua podría consistir en convertir el agua de mar en agua dulce, lo cual es una de las soluciones más efectivas ya que el suministro de agua de mar es abundante. Sería mejor si el proceso pudiera llevarse a cabo utilizando energías renovables, como la energía solar.
Dispositivo de bajo consumo energético para producir agua potable a partir del agua de mar
La desalinización permite obtener agua potable del agua de mar. En la ósmosis inversa, el agua atraviesa membranas a presión. El consumo energético, el ensuciamiento y las incrustaciones salinas pueden elevar los costes y exigir mantenimiento. Esto no significa que estas instalaciones sean inherentemente inadecuadas para el funcionamiento continuo.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Waterloo ha desarrollado ahora una solución inspirada en el ciclo natural del agua, basándose en gran medida en la forma en que los árboles transportan el agua desde las raíces hasta las hojas.
Según el Dr. Michael Tam, profesor del Departamento de Ingeniería Química de Waterloo:
“Nuestra inspiración proviene de observar cómo la naturaleza se sostiene a sí misma y la forma en que el agua se evapora y condensa en el medio ambiente.”
El diseño inspirado en el ciclo natural del agua busca reducir las incrustaciones salinas y las necesidades de mantenimiento.
El proceso implica una solución diseñada que induce la evaporación del agua, la transporta a la superficie y la condensa en un ciclo cerrado. El resultado es una prevención eficaz de la acumulación de sal y una mayor longevidad del dispositivo sin comprometer la eficiencia.
Lo que se suma a los beneficios del dispositivo es que utiliza energía renovable, lo que ayuda a reducir su consumo de energía externa. Funciona con energía solar. Los investigadores comunicaron una conversión cercana al 93 % de la energía solar incidente en calor; no es una eficiencia eléctrica del 93 %.
Se comunicó una elevada producción de agua dulce, cercana a veinte litros por metro cuadrado. La comparación con otros sistemas depende de las condiciones de ensayo, el periodo de medición y la métrica utilizada; el rendimiento de evaporación no equivale al rendimiento total de una planta de ósmosis inversa.
Esa cantidad también sirve como referencia para las necesidades básicas diarias de agua para beber y para la higiene de una persona. En una instalación real deben considerarse la duración de la producción, la irradiación solar y las pérdidas de recogida.
Para que el dispositivo utilice eficientemente la energía solar, los investigadores emplearon como material base níquel (Ni). La base de espuma de níquel se recubrió con un polímero conductor y partículas de polen termorresponsivas. La composición hizo que el material fuera apto para absorber la luz solar a lo largo del espectro de radiación solar.
Para el movimiento ascendente del agua, se calentó y transportó una fina capa de agua salada. Es similar a cómo el agua viaja a través de los capilares naturales de los árboles. La evaporación del agua hace que la sal restante se desplace hacia la parte inferior del dispositivo.
La simplicidad de la solución facilita su desarrollo para aplicaciones más amplias, aunque aún se requieren pruebas a mayor escala. Su portabilidad podría permitir que se utilice en regiones remotas, especialmente en naciones costeras e insulares.
Al resumir los beneficios generales, el Dr. Yuning Li, profesor del Departamento de Ingeniería Química de Waterloo, afirmó:
«Este nuevo dispositivo no solo es eficiente, sino también portátil, lo que lo hace ideal para regiones remotas donde el acceso al agua dulce es limitado».
Para profundizar más en los posibles beneficios, el Dr. Michael Tam dijo lo siguiente:
«Si las pruebas tienen éxito, la tecnología podría suministrar agua dulce de forma sostenible a las comunidades costeras y contribuir a los Objetivos de Desarrollo Sostenible de la ONU 3, 6, 10 y 12».
Mientras que la investigación mencionada anteriormente ha generado mucha esperanza en la comunidad científica y entre quienes trabajan por soluciones sostenibles de agua dulce, otros investigadores también han estado trabajando en ello.
En el siguiente segmento, discutimos el desarrollo de una unidad de desalinización portátil que los investigadores del MIT propusieron en 2022.
Una unidad de desalinización portátil para generar agua potable clara y limpia
En abril de 2022, los investigadores del MIT desarrollaron una unidad portátil de desalinización de menos de 10 kilogramos y aproximadamente del tamaño de una maleta. Podía alimentarse con un pequeño panel solar de unos 50 dólares. Ese precio correspondía al panel, no a la unidad de desalinización. El sistema utiliza separación eléctrica en lugar de filtros de agua que deban sustituirse.
Técnica de Polarización por Concentración Iónica que hace que la unidad sea libre de filtros
El proceso, resultado del trabajo de una década de los investigadores, consistió en aplicar un campo eléctrico a membranas ubicadas arriba y abajo de un canal de agua. Las membranas desvían partículas cargadas, incluidos iones de sal, bacterias y virus, mientras el agua fluía a su paso. El proceso podía ayudar a eliminar tanto sólidos disueltos como suspendidos.
Los investigadores, al diseñar su solución, hicieron un uso prudente de las mejores técnicas disponibles, incluido el aprendizaje automático. El aprendizaje automático ayudó a elegir la combinación: seis módulos de ICP en la primera etapa, tres en la segunda y después una etapa de electrodiálisis. Por tanto, no había solo seis módulos en total.
Los investigadores también procuraron que el dispositivo fuera sencillo de utilizar para facilitar su adopción. El proceso de desalinización y purificación podía iniciarse con un solo botón para la desalinización y purificación automáticas.
También podría notificar a los usuarios cuando el nivel de salinidad y la cantidad de partículas estuvieran por debajo de un umbral tolerable específico. Para que la lectura de datos sea simple e intuitiva, los investigadores ofrecieron una aplicación para smartphone capaz de controlar la unidad de forma inalámbrica y reportar todos los datos disponibles sobre consumo de energía y salinidad del agua en tiempo real.
Financiada, en parte, por el DEVCOM Soldier Center, el Abdul Latif Jameel Water and Food Systems Lab (J-WAFS), el Experimental AI Postdoc Fellowship Program of Northeastern University, y el Roux AI Institute, la investigación proporcionó resultados satisfactorios.
Los investigadores sacaron la solución del laboratorio y la probaron en la playa Carson de Boston. El agua resultante superó las directrices de calidad de la Organización Mundial de la Salud al reducir la cantidad de sólidos suspendidos en al menos un factor de 10, mientras que el prototipo generó agua potable a una velocidad de 0,3 litros por hora, requiriendo solo 20 vatios‑hora por litro.
Elaborando sobre la naturaleza revolucionaria del experimento, el autor principal Jongyoon Han, profesor de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación y de ingeniería biológica y miembro del Research Laboratory of Electronics (RLE), dijo:
“Esto es realmente la culminación de un viaje de 10 años en el que yo y mi grupo hemos estado. Trabajamos durante años en la física detrás de los procesos de desalinización individuales, pero llevar todos esos avances a una caja, construir un sistema y demostrarlo en el océano, fue una experiencia realmente significativa y gratificante para mí.”
Mientras los investigadores universitarios están profundamente comprometidos con esta noble búsqueda, hay varias empresas que han asumido la tarea de desalinizar agua. Su contribución es igualmente crucial, ya que la adopción a gran escala requiere soluciones ampliadas que funcionen a nivel comercial. En los siguientes segmentos, analizaremos un par de esas empresas.
#1. Consolidated Water Co. Ltd. (NASDAQ: CWCO)
La empresa ofrece servicios de ingeniería para el diseño y la construcción completos de sistemas de desalinización de agua de mar por ósmosis inversa. La empresa atiende todo el ciclo de servicio que implica instalación, expansión o modernización.
La empresa, cotizada y negociada en Nasdaq, lleva a cabo la gestión, ingeniería y servicios de construcción para la desalinización a través de DesalCo, reconocida por los proveedores como un Original Equipment Manufacturer (OEM) de plantas de desalinización por ósmosis inversa de agua de mar para la compañía.
Tecnológicamente, la empresa reconoce dos métodos principales para desalinizar:
(i) Destilación térmica
(ii) Separación por membrana.
La empresa prefiere este último debido a sus menores costos energéticos. La empresa emplea la separación por membrana de ósmosis inversa para la desalinización de agua salobre y de mar. Es un proceso de separación de fluidos donde el agua salina se presuriza, y el agua dulce se separa de la sal al pasar a través de una membrana semipermeable que rechaza las sales.
La planta de ósmosis inversa de agua de mar de Consolidated Water (CWCO ) está ubicada en Nassau, New Providence, Commonwealth de las Bahamas. Puesta en marcha en julio de 2006, la planta tiene una capacidad operativa para manejar 12 millones de galones estadounidenses de agua por día.
En 2023, la empresa completó la adquisición del 39 % restante de la participación de PERC Water Corporation (“PERC”) para convertirse en el propietario al 100 % de esta subsidiaria, que diseña, construye, opera y gestiona instalaciones de infraestructura hídrica en el suroeste de EE. UU.
En el mismo año, a PERC se le adjudicó un nuevo contrato de 204 millones de dólares para diseñar, construir y operar una nueva instalación de desalinización en Honolulu, Hawái.
Las operaciones minoristas de la empresa en las Islas Caimán producen agua potable en tres plantas de desalinización por ósmosis inversa de agua de mar en Gran Caimán, ubicadas en sus sitios Abel Castillo Water Works (“ACWW”) y West Bay.
La capacidad de producción agregada actual de las dos plantas ubicadas en ACWW es de 3,0 millones de galones de agua por día. La capacidad de producción de la planta West Bay es de 1 000 000 de galones de agua por día.
CWCO Gráfico de precios
En 2023, la empresa obtuvo unos ingresos de 180,2 millones de dólares, un salto significativo respecto a sus ingresos de 94,1 millones de dólares en 2022. En 2023 la empresa registró un ingreso neto récord y ganancias por acción de sus operaciones continuas de 30,7 millones de dólares y 1,93 dólares, respectivamente. El precio de la acción ordinaria de la empresa alcanzó un máximo histórico de 38,29 dólares en noviembre de 2023.
#2. Veolia
La empresa considera la desalinización como una solución clave para combatir la escasez de agua. Afirma haber construido cientos de plantas y sistemas de desalinización en todo el mundo, produciendo agua dulce tanto para necesidades municipales como industriales. Los proyectos insignia más recientes de la empresa incluyeron la planta Al Dur 2 en Baréin, la planta Rabigh 3 en Arabia Saudita y la planta IWP Umm Al Quwain en los Emiratos Árabes Unidos.
Desde 2007, la empresa ha sido responsable de construir y operar la planta de ósmosis inversa de agua de mar de Sur, junto con la Oman Power and Water Procurement Company (OPWP). La instalación proporciona agua potable a más de 600 000 personas. Veolia también construye instalaciones de desalinización para necesidades industriales.
La tecnología Barrel de Veolia es un sistema compacto y modular de ósmosis inversa. Su diseño permite acelerar la instalación, mientras que los sensores digitales integrados facilitan la supervisión a distancia.
Veolia, además de sus soluciones directas de desalinización, también ayuda a sus clientes con una combinación de herramientas digitales y experiencia que hace que los procesos sean más inteligentes, seguros y sostenibles.
La empresa presta servicios de tratamiento de agua adaptados a las necesidades de las instalaciones existentes. También alquila equipos móviles para necesidades temporales o a largo plazo. Sus programas de higiene del agua y productos químicos HYDREX ayudan a mejorar el funcionamiento de los equipos.
Las acciones de Veolia (OTC: VEOVY) cotizan en el mercado over‑the‑counter (OTC). En la primera mitad de 2024, la empresa registró ingresos de 22.141 millones de euros, ligeramente inferiores a los 22.755 millones del primer semestre de 2023. De los ingresos de 2024, casi 8.800 millones correspondieron al negocio del agua; las otras dos divisiones se dedican a residuos y energía.
La creciente importancia de la desalinización
Ya proviene un volumen significativo de agua de la desalinización. Según los datos presentados por la International Desalination Association, la capacidad contratada acumulada de desalinización ha superado ahora los 100 millones de metros cúbicos diarios; casi el 60 % de la desalinización se destina al consumo humano. Según estimaciones, alrededor de 300 millones de personas dependen de este proceso para su uso diario de agua. En países como Kuwait, la desalinización aporta la mayor parte del agua potable.
Sin embargo, los proyectos de desalinización aún no están distribuidos uniformemente en todo el mundo. Las regiones de Oriente Medio y Norteamérica representan en conjunto más del 70 % de la capacidad mundial de desalinización. Por su parte, Oriente Medio representa más del 53 % del total mundial, no el 53 % de ese 70 %.
Los datos también indican que había más de 21.000 plantas de desalinización en 2022, con una producción mundial de unos 99 millones de metros cúbicos de agua desalada al día. La desalinización también genera salmuera, una corriente residual concentrada. Su volumen, salinidad y temperatura varían según la instalación y la tecnología. Los vertidos pueden afectar a los ecosistemas locales y requieren una gestión cuidadosa.
La investigación futura deberá invertir tiempo y recursos en encontrar formas más respetuosas con el medio ambiente. La energía solar puede reducir las emisiones de las plantas. También son esenciales el uso eficiente del agua y la gestión segura de la salmuera. No es necesario convertir casi toda el agua de entrada en agua potable para que un sistema sea sostenible. Es preciso investigar métodos que reduzcan los efectos de las corrientes residuales y permitan su tratamiento y vertido seguros.
Mecanismos exitosos de transporte y distribución garantizarán que esta agua vaya más allá de las naciones ubicadas en la costa y llegue a regiones áridas y secas sin una fuente significativa de agua potable cercana.
