Desalinización Sostenible – Cómo la Tecnología Solar en Maduración está Cambiando Nuestro Enfoque ante las Crisis de Agua

El Agua es Vida

Los inversores y tecnólogos tienden a centrarse en los recursos naturales y materias primas más preciosos o técnicamente útiles, como el oro, los metales de tierras raras o el litio. Sin embargo, se necesita un recurso mucho más simple en cantidades masivas a diario para sostener nuestra civilización: agua dulce.

Aunque literalmente cae del cielo en la mayor parte del mundo, su disponibilidad sigue bajo una presión severa en la civilización moderna, ya que la consumimos en gran parte para la industria, la agricultura y las necesidades humanas.

Solo el 3 % del agua del mundo es agua dulce utilizable, con un 97 % siendo salina (agua subterránea salina y agua de mar). De esta agua dulce, el 69 % está retenido en glaciares y capas de hielo polares, el 30 % es agua subterránea y solo el 1 % es agua superficial.

Fuente: USGS

Como resultado, en muchos lugares, la única fuente de agua disponible es salina. La desalinización es posible pero requiere una enorme cantidad de energía. Hasta ahora, a menudo se ha realizado con combustibles fósiles, ya que la mayoría de las técnicas de desalinización son intensivas en energía y requieren aportes de energía constantes y estables.

Esto podría cambiar, gracias a un nuevo método desarrollado por ingenieros del MIT y publicado en Nature Water bajo el título “Electrodiálisis fotovoltaica de accionamiento directo mediante control de corriente comandado por flujo”.

Desalinización Solar

A primera vista, la energía solar parece ser la fuente de energía más lógica para impulsar operaciones de desalinización. No solo es proporcionada gratuitamente por el Sol, sino que también es generalmente abundante en regiones áridas como los desiertos, que a menudo son los que más necesitan desalinización.

Con la energía solar volviéndose más barata día a día, probablemente seguirá creciendo como fuente de energía, como cubrimos en nuestro artículo “La Era Solar—Un Futuro Brillante para la Humanidad”.

Aún existe un problema – la energía solar solo se produce cuando el sol brilla. Esto significa que, para operar eficientemente, la mayoría de las operaciones de desalinización únicamente con energía solar necesitarían estar acopladas a un sistema de baterías, lo que incrementa los costos.

Esto es especialmente problemático para las técnicas de desalinización actuales, como la ósmosis inversa, que necesita condiciones estables y un suministro de energía constante para ser eficiente. Esto se debe a que requiere presión constante sobre las membranas de ósmosis.

Esto excluye cualquier desalinización a pequeña escala y cualquier método de bajo costo, al menos mientras el almacenamiento de energía siga siendo caro. Esto podría cambiar, como discutimos en “El Futuro del Almacenamiento de Energía—Tecnología de Baterías a Escala de Servicios Públicos“; sin embargo, podría ser mejor también adaptarse a la fluctuación natural de la energía solar, incluyendo fluctuaciones muy cortas como el paso de nubes.

Electrodialisis por Lotes Flexible

Los investigadores del MIT favorecieron este enfoque. Estudiaron la electrodialisis, un método alternativo a la ósmosis inversa para la desalinización. La electrodialisis utiliza un campo eléctrico para extraer iones de sal mientras el agua se bombea a través de una pila de membranas de intercambio iónico.

Fuente: Nature Water

Para su nuevo diseño, crearon un sistema de control basado en modelos conectado a sensores en todas las partes del sistema. Predijo la tasa óptima a la que bombear agua y el voltaje que debería aplicarse para maximizar la cantidad de sal extraída del agua.

Al hacerlo, la operación de desalinización podría fluctuar según la energía solar producida en tiempo real.

Fuente: Nature Water

En promedio, el sistema utilizó directamente el 77 % de la energía eléctrica disponible producida por los paneles solares, lo que el equipo estimó que es un 91 % más que los sistemas de electrodialisis alimentados por energía solar diseñados tradicionalmente.

Mejora Adicional

La tasa casi duplicada de utilización de energía solar comparada con sistemas de electrodialisis anteriores aún podría mejorarse con una optimización y automatización más regular:

Solo podíamos calcular cada tres minutos, y en ese tiempo, una nube literalmente podía pasar y bloquear el sol.

El sistema podría estar diciendo, ‘Necesito operar a esta alta potencia.’ Pero parte de esa potencia cayó repentinamente porque ahora hay menos luz solar. Así que tuvimos que compensar esa potencia con baterías adicionales.

Amos Winter – Director del Centro Global de Ingeniería e Investigación (GEAR) K. Lisa Yang en el MIT

Este fue un trabajo de prueba de concepto y pronto se convertirá en un diseño comercial, ya que el equipo lanzará una empresa basada en su tecnología en los próximos meses.

Este proyecto de investigación también fue apoyado en especie (material proporcionado de forma gratuita) por Veolia Water Technologies and Solutions (VIE.PA) y Xylem Goulds (XYL ).

No Solo Agua de Mar

El equipo de investigación se centró en la desalinización de aguas subterráneas salobres encontradas bajo tierra en Nuevo México. Como muchos centros poblacionales en áreas secas están lejos del mar, esto puede ser una fuente de agua importante que actualmente no está disponible debido a su contenido de sal.

“La mayoría de la población realmente vive lo suficientemente lejos de la costa, de modo que la desalinización de agua de mar nunca podría alcanzarlos. Por consiguiente, dependen en gran medida del agua subterránea, especialmente en regiones remotas y de bajos ingresos. Y, desafortunadamente, esta agua subterránea se está volviendo cada vez más salina debido al cambio climático.”

Jonathan Bessette – estudiante de doctorado del MIT en ingeniería mecánica
El modelo de investigación ya podía proporcionar suficiente agua dulce como para abastecer a 3.000 personas. Fue operado durante 6 meses en la Instalación Nacional de Investigación de Desalinización de Aguas Subterráneas Salobres en Alamogordo, Nuevo México.

No Solo Áreas Desérticas

Tendemos a pensar que la escasez de agua dulce y la necesidad urgente de desalinización ocurren solo en lugares secos como Nuevo México o Arabia Saudita. Sin embargo, las regiones “húmedas” también pueden verse afectadas. Por ejemplo, el Reino Unido está considerando importar agua dulce de Noruega durante una sequía.

De manera similar, Canadá ha sido afectado por una crisis relacionada con el suministro de agua fresca y limpia, lo que llevó a una demanda de 1.100 millones de dólares contra el gobierno canadiense por parte de más de 50 Primeras Naciones tras un reciente acuerdo de 8.000 millones de dólares.

Mientras tanto, la escasez de agua en Taiwán amenaza la crucial industria de semiconductores, que es el núcleo de la economía de la isla.

Y el cambio climático podría empeorar cada una de estas crisis separadas con el tiempo.

Muchas regiones y países de bajos ingresos también podrían beneficiarse de usar más agua de la que actualmente emplean, por ejemplo para aumentar los rendimientos agrícolas, siendo el agua de mar un candidato obvio para suministro ilimitado, siempre que la desalinización sea lo suficientemente barata y la energía sea proporcionada por el Sol de verano.

Como alternativa a la desalinización, extraer agua del aire también podría ser posible gracias a los recolectores de agua atmosférica que están mejorando rápidamente.

Invertir en Agua

El acceso a agua fresca y limpia ha desde 2010 sido reconocido por la ONU como un derecho humano. Es una gran industria, valorada en 323 mil millones de dólares en 2023, y se espera que crezca a una tasa compuesta anual del 7,5 % hasta 2032, alcanzando los 617 mil millones de dólares.

También es un sector que ha estado limitado por la disponibilidad de recursos y los costos de energía, algo que podría ser menos crítico a medida que la energía solar se vuelve más barata y emergen nuevas técnicas para producir más agua. Eso siempre que el cambio climático no cause escaseces críticas.

Si no estás interesado en compañías de agua específicas, también puedes explorar ETFs de agua como el Global X Clean Water ETF (AQWA), el iShares Global Water UCITS ETF (IH2O) o el Amundi MSCI Water ESG Screened ETF (WAT), que ofrecerán una exposición más diversificada para capitalizar el crecimiento del sector del agua.

Empresas que Resuelven la Escasez de Agua

Xylem Inc.

Junto con la europea Veolia, Xylem es un líder global en purificación de agua, tratamiento de aguas residuales y desalinización. Emplea a más de 23.000 personas (de las cuales más de 6.000 son ingenieros) y opera en 150 países, con un enfoque en EE. UU., con más de 35.000 clientes industriales directos.

Su mercado principal es el agua potable municipal y las aguas residuales, pero también ofrece soluciones dedicadas a otros sectores como salud, energía, alimentos y bebidas, petróleo y gas, microelectrónica, etc.

Fuente: Xylem

Xylem puede proporcionar los equipos patentados críticos para limpiar o producir agua, como generadores de ozono, lámparas UV, membranas de desalinización, generadores de agua ultrapura, etc. Pero también ofrece equipos “más simples” igualmente críticos para operaciones relacionadas con el agua, como turbinas, bombas, tuberías, inyección, software, etc., así como servicios de mantenimiento, reparación e instalación.

Fuente: Xylem

El mercado del agua sigue siendo muy fragmentado, con Xylem como una de las mayores empresas del sector pero aún con “solo” una cuota de mercado del 10 % de su mercado direccionable de 80 mil millones de dólares.

La empresa invierte alrededor del 4 % de sus ventas en I+D. Debería beneficiarse de nuevas regulaciones respecto a los PFAS (Sustancias per- y polifluoroalquil, o químicos eternos), con más de 6.000 instalaciones de servicios públicos que requieren dicho tratamiento de PFAS.

Xylem ha crecido de manera constante, con ingresos netos que aumentaron de 297 millones de dólares en 2012 a 609 millones de dólares en 2023, manteniendo un margen EBITDA estable del 17‑219 %.

En general, esto hace que el perfil de inversión de la empresa sea menos parecido al de una compañía industrial (a menudo cíclica) y más parecido al de una compañía de servicios públicos que crece con la economía en general o un poco por encima de esa tasa, como la mayoría de sus consumidores.