Limpio y claro: ¿Podemos producir agua potable sin dejar huella de carbono?

Bordeado por el mar en sus costas este y oeste, el paisaje árido de Arabia Saudita es uno de los lugares más cálidos y secos del mundo. Las líneas “Agua, agua en todas partes, ni gota para beber” vienen a la mente cuando se consideran los desafíos que enfrenta esta árida nación.

Los promedios de precipitación son de solo tres pulgadas en un año en la capital, Riad, mientras que en algunas zonas del país es posible que no llueva durante una década o más. En verano, las temperaturas dentro de sus ciudades superan regularmente los 40 ° C, elevándose a 55 ° C en el desierto. El país no tiene lagos ni ríos, y sus acuíferos subterráneos se están agotando rápidamente.

No hace falta decir que Arabia Saudita comprende demasiado bien el valor del agua.

Pero a diferencia de los marineros perdidos y desesperados del famoso poema de Coleridge, "La escarcha del antiguo marinero", los científicos sauditas han aprovechado el agua salada que los rodea mediante la desalinización. Ahora, como el mayor productor mundial de agua desalada, están avanzando hacia un futuro en el que este recurso esencial sea asequible y sostenible.

Tradicionalmente, la desalinización se ha logrado mediante la destilación, donde el agua de mar se calienta para separar el líquido potable de las sales y otros contaminantes. El proceso no solo consume mucha energía, sino que también es costoso.

Pero todo esto cambió en 2016, cuando el príncipe heredero Mohammed bin Salman anunció Visión 2030, un plan estratégico que buscaba mejorar la vida en cada parte de la sociedad saudí. Incluyó una serie de compromisos de sostenibilidad, como aumentar la energía de fuentes renovables y reducir las emisiones de carbono, que ahora forman parte de la Iniciativa Verde Saudita .

El efecto de goteo se vio en todas partes, pero especialmente en la industria del agua del país. Liderando la carga ha estado la Corporación de Conversión de Agua Salina (SWCC), la corporación que produce alrededor del 70 por ciento del agua desalinizada del Reino.

La SWCC lanzó un programa para reemplazar la tecnología de destilación térmica en sus plantas por ósmosis inversa, un proceso más eficiente en energía que fuerza el agua salada a través de filtros de membrana fina. En comparación con la destilación, este método generalmente usa solo una cuarta parte de la energía para producir la misma cantidad de agua, según la SWCC.

La corporación también ha introducido una nueva tecnología de filtración por membrana, desarrollada por científicos con sede en Arabia Saudita, para reducir a la mitad la cantidad de energía utilizada según el ingeniero consultor de SWCC, Nikolay Voutchkov. De hecho, es tan efectivo que el SWCC estableció un nuevo récord mundial Guinness en marzo de 2021, para la planta desalinizadora de agua con menor energía del mundo.

“A pesar de nuestros logros hasta ahora, todavía tenemos el impulso para hacerlo mejor”, dice Voutchkov.

El SWCC ahora se ha fijado objetivos para reducir a la mitad su consumo de energía para el año 2030 y convertirse en carbono neutral para el año 2050. Gran parte de este cambio vendrá de una mayor mejora de las tecnologías que se utilizan en las plantas, dice Voutchkov. Estos incluyen sistemas mejorados de filtración de membrana, nuevos dispositivos de recuperación de energía que reducirán los desechos a prácticamente cero y bombas más eficientes desde el punto de vista energético, que contribuirán a reducir el uso de combustibles fósiles.

El SWCC también planea incorporar procesos de captura y almacenamiento de carbono más avanzados en sus procesos de destilación e introducir un extenso programa de plantación de árboles en sus sitios para fomentar una mayor captura de emisiones _{de CO 2.}

Sus plantas desalinizadoras también se están haciendo más inteligentes. Con la ayuda de los sistemas de inteligencia artificial, las máquinas pueden maximizar de manera autónoma su uso de energía y químicos mientras producen agua, dice Voutchkov.

Quizás algunas de esas emisiones de carbono también podrían salvarse aprovechando el poder del sol, algo que los científicos de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah (Kaust) de Arabia Saudita han estado investigando.

Una propuesta futurista que se está considerando es una “cúpula solar”, que concentrará el calor del sol para evaporar el agua de mar y producir agua dulce. Ya se están utilizando tipos similares de tecnología para producir electricidad a través de la energía de vapor, pero si los científicos la encuentran viable para una aplicación a gran escala, esta será la primera vez que se utilice para la desalinización.

Pero ya se han construido prototipos más realistas en Kaust. En uno, el equipo de desalinización se combinó con paneles solares para que el calor generado por estos paneles pudiera ayudar a evaporar el agua de mar. Las pruebas revelaron que podría producir hasta 1,64 litros de agua por metro cuadrado de superficie de panel solar cada hora y que el agua no necesita ningún tratamiento adicional para su uso agrícola.

La desalinización, incluso de la variedad de ósmosis inversa de baja energía, conlleva otro desafío: la salmuera. Este subproducto tiene el potencial de afectar la vida y la ecología costeras, ya que algunas plantas desalinizadoras simplemente lo descargan al mar. De hecho, como país sin lagos ni ríos, Arabia Saudita es el mayor productor mundial de salmuera.

Una vez más, Voutchkov tiene un plan ambicioso: convertir el subproducto en un recurso. “La industria de la desalinización a menudo se enfrenta al desafío del impacto de las descargas de salmuera en el medio marino”, explica. “Sin embargo, la realidad es que hoy en día, la industria de la desalinización y los reguladores tienen un sistema integral para predecir, monitorear y controlar los impactos ambientales potenciales durante todas las fases del desarrollo e implementación del proyecto”.

En Arabia Saudita, la descarga de las plantas de desalinización se monitorea continuamente para asegurarse de que el medio ambiente marino esté preservado y protegido, y que todos los desechos se traten con un estándar ambientalmente seguro, según Voutchkov.

Agrega que la salmuera es rica en minerales, incluidos cloruro de sodio, magnesio y rubidio, y la extracción de estos valiosos recursos podría apuntalar una cadena industrial completamente nueva.

“Los ingresos comerciales tienen el potencial de subsidiar por completo el costo de producción de agua en Arabia Saudita, además de conducirnos hacia nuevas fuentes de energía renovable para el Reino”, dice.

Ya están en marcha planes para construir una nueva planta de tratamiento en el Reino que actuará como una "mina de salmuera", donde los minerales y metales raros se eliminarán de la salmuera. El cloruro de sodio, por ejemplo, se venderá luego a empresas locales de cloro-álcali que producen productos como el cloro y la sosa cáustica.

Según el Dr. Ahmad Al Amoudi, director del Instituto de Investigación, Innovación y Tecnologías de Desalinización en SWCC, ya se han hecho acuerdos con varias empresas productoras de cloro-álcali en Arabia Saudita para entregar estas materias primas una vez que la planta esté en funcionamiento.

El equipo del Dr. Al Amoudi también está trabajando con el Departamento de Energía de EE. UU. En un programa de investigación conjunto para buscar formas de extraer rubidio de la salmuera con el fin de producir energía ambientalmente segura.

En los desiertos de niebla de Namibia, donde las lluvias son escasas y la fauna tiene sed, el ingenio se ve recompensado. Esta es la razón por la que se puede ver al escarabajo que toma el sol, una criatura no más grande que una fresa, trepando altas dunas de arena y haciendo el pino. En estas alturas ricas en agua, la niebla se condensa en el cuerpo del escarabajo y rueda directamente hacia su boca, completando la exitosa y aparentemente mágica extracción de agua del aire.

En Kaust, los investigadores están perfeccionando una tecnología que logra resultados igualmente ingeniosos. En 2018, Peng Wang y su equipo en el Centro de Reutilización y Desalinización de Agua de la universidad crearon un hidrogel , un polímero que se asemeja a una gota negra y blanda, que puede capturar agua del aire para otro uso o incluso para beber.

El hidrogel contiene cloruro de calcio, una sal no tóxica que produce mucha sed; absorbe el vapor de agua y la humedad del aire y luego libera el líquido cuando se expone a las condiciones adecuadas.

En las pruebas del prototipo de Kaust, 35 g de hidrogel capturaron 37 g de agua; una vez que se dejó afuera a la luz del sol durante unas horas, el agua pura se separó del gel y se recogió. El laboratorio estimó que la recolección de 3 litros de agua podría costar tan solo medio centavo diario, un factor particularmente importante para las regiones menos ricas del país en los próximos años.

La siguiente etapa fue llevar la producción de agua de un proceso por lotes a uno continuo, una tarea que el equipo logró en 2019. Y en 2020, el equipo pudo desarrollar un prototipo de panel solar que se enfrió con agua del hidrogel, un innovación que es particularmente útil en el calor del Medio Oriente.

Es un hecho poco conocido que a medida que aumentan las temperaturas, los paneles solares en realidad producen menos energía y se vuelven más ineficientes. En las pruebas, los investigadores de Kaust encontraron que el agua liberada por el hidrogel podría enfriar los paneles solares hasta en 10 ° C , mejorando drásticamente su eficiencia.

Renyuan Li, el investigador principal del proyecto, dijo al anunciar los resultados de la investigación: “Creemos que esta tecnología de enfriamiento puede cumplir con los requisitos de muchas aplicaciones porque el vapor de agua está en todas partes y esta tecnología de enfriamiento es fácil de adaptar a diferentes escalas.

“La tecnología podría hacerse tan pequeña como varios milímetros para dispositivos electrónicos, cientos de metros cuadrados para un edificio o incluso más grande para el enfriamiento pasivo de plantas de energía”.

A medida que aumentan los efectos del cambio climático, los recursos como el agua solo se volverán más valiosos, lo que significa que es más importante que nunca producirlos de manera económica y sostenible. Y la investigación y las innovaciones que ya están ocurriendo en Arabia Saudita podrían ser un modelo que podría replicarse en otras partes del mundo con escasez de agua.

Como dice el Dr. Al Amoudi: "El agua es muy importante para la vida y debemos protegerla para las generaciones futuras".

La Iniciativa Verde Saudita es el enfoque de todo el gobierno de Arabia Saudita para combatir el cambio climático.