Desalación de agua de mar

Técnicas y costos

Gerardo Hiriart Le Bert Ingeniero naval mecánico con doctorado. Fue investigador del Instituto de Ingeniería de la UNAM. Trabajó 26 años en la CFE, 10 de ellos como gerente de Geotermia. Es director general de GeoKeri.

La desalación de agua de mar avanzó mucho con el uso de membranas para ósmosis inversa. Su costo y consumo de energía han disminuido, y ahora se está incrementando su uso con la necesidad de agua de mar desalada para la fabricación de hidrógeno verde. Se presentan aquí las tecnologías más usadas y se detallan los costos de una desaladora y del metro cúbico de agua. Se hace referencia a las principales desaladoras del mundo y se dan ideas para incrementar su aplicación para aliviar la crisis hídrica en México.

Prácticamente toda el agua de lluvia que recibimos proviene de un proceso de desalación de agua de mar. El calor de los rayos solares que cae sobre la superficie del mar, sumado a la brisa de viento más seco sobre ella hace que se evapore agua del mar y se formen nubes, las cuales son llevadas por los vientos a zonas montañosas altas, a menor temperatura, donde el vapor se condensa y cae en forma de lluvia.

El ser humano, en su infatigable desarrollo de tecnologías, ha encontrado vías para reproducir y mejorar esta forma en que la naturaleza obtiene agua dulce del mar. De manera artificial, calienta un poco de agua de mar para producir vapor de agua y condensa enfriándolo con la misma agua del mar. Esta técnica, conocida como evaporación térmica, se ha mejorado con multietapas de cámaras con calor y vacío, y es actualmente la técnica más usada para producir agua dulce en el Golfo Pérsico (véase figura 1).

El proceso de ósmosis inversa

En el decenio de 1970 se logró industrializar otro proceso que consiste en filtrar agua de mar a alta presión, haciéndola pasar por una membrana cuya apertura de malla deja pasar las moléculas de agua, pero no las de sal. Este proceso se conoce como ósmosis inversa, ya que, si se conecta un recipiente de agua dulce con uno de agua salada separados con una membrana del tamaño de la antes descrita, el solo movimiento aleatorio de las moléculas deja pasar las de H2O, pero no las de NaCl, con lo que se produce una lenta subida del nivel del agua salada por este fenómeno (véase figura 2).

Empujar el agua salada a través de la membrana requiere una doble presión. Una para vencer esta presión osmótica y otra –no menos importante– para vencer la fricción del agua pasando por las aperturas de la malla. Es de hacerse notar que, si se pretende desalar agua con poca salinidad, como ocurre en muchos acuíferos cercanos a la costa donde poco a poco la cuña salina ha ido avanzando lentamente por el subsuelo, contaminando con sal el agua original, la presión osmótica requerida es mucho menor. Esto hace que las desaladoras de agua “salobre” (agua con mediana salinidad) consuman mucho menos energía que las de agua de mar para mover las bombas.

La técnica de ósmosis inversa con este filtrado tan fino es hoy la manera más usada para desalar agua de mar y salobre, por su bajo impacto ambiental y su razonable costo. En la figura 3 se presenta de manera gráfica la cantidad de plantas de estos tipos instaladas en el mundo.

Para tener datos más concretos, en la figura 4 se muestra una planta desaladora de agua de mar que produce 1 m3/s de agua dulce, cantidad suficiente para abastecer de agua potable a una población de medio millón de habitantes. Para esto se requiere tomar del mar 2 m3/s de agua y regresar como agua de rechazo 1 m3/s con el doble de salinidad. Para mover las bombas y apoyar todo el proceso de desalación de esta planta se requiere una potencia eléctrica total de unos 15 megawatts.

La planta desaladora más grande de México era la de Los Cabos, con 250 l/s de agua dulce, y recientemente la de Maneadero en Ensenada, con 300 l/s. En el mundo son cada vez más frecuentes las plantas de 2 a 3 m3/s.

Consideraciones económicas

Producir 1 m3/s de agua dulce consume en general 4 kWh de energía eléctrica. El precio final del agua entregada es del orden de 1 dólar por metro cúbico (20 pesos por metro cúbico). Este precio está compuesto así: un tercio para el repago de la inversión de la central, que cuesta entre 200 y 250 millones de dólares; otro tercio para el mantenimiento (reposición de membranas), insumos químicos, manejo de desechos, personal especializado, etc.; finalmente, el último tercio es para el pago de la energía eléctrica.

Un aspecto que afecta de manera importante la viabilidad económica de un proyecto de desalación es el esquema de pago que se acuerde con el comprador del agua. Al tratarse de un elemento de primera necesidad, ocurre con cierta frecuencia que no todos pagan su consumo y, por otro lado, que en las temporadas de lluvia los municipios y la población en general prefiere surtirse de agua de escurrimiento natural en lugar de consumir agua desalada.

Conviene resaltar que una desaladora, que está compuesta por miles de membranas y cientos de bombas, debe trabajar de manera continua, sin interrupciones, por lo que si se quiere alimentar la planta con energía solar debe encontrarse la forma de almacenar energía eléctrica y suministrar un flujo continuo de ésta.

Aspectos ambientales

El impacto ambiental de una desaladora debe analizarse desde la concepción misma del proyecto, tomando en cuenta tres puntos clave. El primero es la toma de agua del mar. Se deberá succionar el mínimo de plancton; esto se logra con filtros adecuados, pero principalmente extrayendo el agua de pozos playeros, es decir, succionando agua ya filtrada de forma natural en la arena del subsuelo. Cuando las cantidades a succionar son demasiado altas, generalmente se tienden tuberías hacia el interior del mar, que se rematan en una estructura de concreto para anclarlas bien al lecho marino, con su correspondiente torreta para evitar la entrada de peces. Segundo: la descarga de salmuera de regreso al mar con una salinidad del doble que la natural del mar, por su densidad, va a tender a irse al fondo y afectar a los organismos bentónicos. Para evitar este impacto hay técnicas de diseño de múltiples difusores que, por su velocidad, inducen un rápido mezclado con el agua de mar del entorno y hacen que por dilución desaparezca rápidamente la mancha de alta salinidad. Otra técnica bastante usada es mezclar la descarga de salmuera con la descarga del agua de enfriamiento de una planta termoeléctrica. Con esto se logra que, al mezclar el agua caliente de la descarga de la termoeléctrica –con menor densidad que la del mar– con el agua de descarga de la desaladora –más densa por su alta salinidad–, llegue al mar un agua de flotabilidad neutra que se aleja diluyéndose con la del entorno. Finalmente, un tercer aspecto a tener muy en cuenta es la cantidad de compuestos químicos que se utilizan en la etapa de pretratamiento del agua antes de llegar a las membranas. Todos los desechos de los filtros deben ser manejados adecuadamente. Es alentador saber que en muchos lugares el tratamiento químico ha sido reemplazado por nanofiltrado con membranas de tamaño de malla no tan pequeño, que impiden el paso de materia orgánica (véase figura 5).

La combinación de centrales de generación con plantas desaladoras tiene algunas ventajas. Por ejemplo, instalar una desaladora junto a una planta de generación termoeléctrica, ya sea ésta a gas o nuclear, tiene la ventaja de la cercanía para el suministro de energía eléctrica y se comparte el uso de la obra de toma y de descarga del enfriamiento de la central. Cuando se trata de una desaladora térmica, la ventaja es que se comparte con la desaladora vapor de entalpía no tan alta para que lo utilice en sus etapas de calentamiento y de vacío.

En el caso de la República mexicana, tuvo su apogeo la desalación cuando a la planta termoeléctrica de Rosarito, en los años setenta, se le agregó una planta desaladora térmica, que en ese tiempo fue la más grande del mundo. Su aplicación estuvo plagada de problemas, principalmente por los moluscos balánidos (mejillones) que se adherían a las paredes y por la alta corrosión de la salmuera concentrada.

En años recientes se realizaron estudios para una posible desaladora en la ciudad de La Paz (Conagua, 2010), donde se pretendía extraer el agua de mar desde pozos playeros localizados estratégicamente para que interfirieran y cortaran el avance de la cuña salina enviando a la desaladora un agua de relativamente baja salinidad, lo que favorecía la disminución de la potencia de bombeo.

Conclusión

Conviene dejar planteados algunos problemas que deben atenderse si se pretende una buena planeación de un proyecto.

Considerar la necesidad de que la población acepte usar agua desalada como potable, lo cual debe atenderse con una buena campaña de explicación técnica y práctica.

Siendo el agua un derecho humano, siempre quedará una zona gris para la inversión privada, ya que nadie la puede comercializar.

Siempre habrá opositores a este tipo de proyectos que argumentarán que es mejor tratar agua de desecho. La respuesta a esto es que ambos proyectos son complementarios.

Hay algunos riesgos poco conocidos, como la aparición de bacteria externa (caso de Tampa Bay, donde algunos barcos procedentes de Asia, al vaciar el agua lastre de sus tanques, introdujeron especies nuevas en la microfauna marina. Para ello es siempre recomendable instalar lo antes posible una miniplanta desaladora, muy elemental pero capaz de detectar incrustaciones no previstas en las membranas.

Al seleccionar la tecnología, deben tenerse presentes nuevos desarrollos como nanomembranas (para eliminar químicos), membranas de grafeno (para menos bombeo) y cero descargas (para eliminar el impacto).

Finalmente, en el caso de la península de Baja California, es preciso tener en cuenta que existen varias fuentes de energía geotérmica, del orden de los 5 MW, capaces de suministrar energía limpia, renovable, constante y sin fluctuaciones a una planta desaladora de unos 300 litros por segundo

Referencias

Comisión Nacional del Agua, Conagua (2010). Situación actual y posibles escenarios de intrusión salina en el acuífero de La Paz y su aprovechamiento como fuente de desalación para abastecimiento de agua potable. SGT-GAS-001-08. México: Instituto de Ingeniería, UNAM.


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