La integración de energía renovable, la desalación y la reutilización del agua es la clave para la sostenibilidad

Se trata de una pregunta retórica que no precisa de jerarquías para ser contestada. Ambos, la energía y el agua son fundamentales tanto para la vida como para las condiciones que la hacen vivible. Un mundo de más de 8 mil millones de habitantes no es capaz de proveer agua segura sin grandes cantidades de energía empleadas en su tratamiento. En contraparte, cada kilovatio hora consumido en la transformación de materias primas, alimentos, transporte y demás aspectos de la vida cotidiana moderna, tiene un componente hídrico ineludible para su generación, bien provenga de centrales térmicas, hidroeléctricas o nucleares.  

En el Departamento de Asuntos Económicos y Sociales de las Naciones Unidas (ONU – DAES) están preocupados por las demandas actuales y futuras de agua y energía. Según uno de sus últimos informes, en el mundo existen 1.300 millones de personas que no tienen acceso a la electricidad o no disponen de un acceso fiable y se espera que el consumo aumente en más de un 35% para el 2035, lo que conllevará incremento del gasto hídrico del 85% en el sector.

Aun cuando uno de los tópicos más discutidos en la actualidad es la transición hacia las energías renovables, según los documentos del Objetivo de Desarrollo Sostenible número 7 de la ONU, Energía Asequible y no Contaminante, éstas sólo representan el 17.5% del consumo final, mientras que las más empleadas siguen siendo de origen fósil, emitiendo el 60% de todas las emisiones de gases de efecto invernadero del mundo.

Entonces, la eficiencia energética se convierte en un factor de supervivencia de la especie humana. Y es en este fundamental apartado que el sector hídrico, en especial la desalinización, ha mostrado uno de los mayores avances en los últimos 20 años.

Desde la Asociación Española de Desalación y Reúso de Agua, AEDyR, señalan que las primeras plantas desaladoras que usaban la energía térmica para evaporar el agua de mar y condesar la dulce, tenían un gasto energético promedio de 50 kWh por metro cúbico y que con la llegada de la ósmosis inversa se pasó 3 kWh/m³.

Las tecnologías de membranas, acompañadas por la evolución de los materiales y sistemas recuperadores de energía, han permitido que el consumo eléctrico de generar agua dulce a partir de la salada llegue casi a límites termodinámicos. Así, el consumo energético diario que se requiere para abastecer de esta fuente a una familia de cuatro personas equivale a mantener encendido un aire acondicionado por una o dos horas, es decir 2,12 kWh al día.

Para Juan de Beristain, de Fedco, la tarea pendiente es optimizar la eficiencia hidráulica, ya que actualmente es perfectamente factible aumentar la recuperación de agua en las plantas desaladoras y llevarlas del 45% a, por lo menos, 55-60% como primer objetivo. Esgrime que la nueva generación de sistemas de desalación de agua de mar debe estar enfocada en incrementar este valor. En resumen, producir más agua desalada a partir de la misma cantidad de agua de mar, con un consumo energético similar.

“El diseño hidráulico de estas desaladoras no ha evolucionado mucho en las pasadas décadas. En el afán de la optimización energética, se ha sacrificado la eficiencia hidráulica en el proceso. Por eso es que se debe reconocer la importancia de la eficiencia hidráulica. Ambas eficiencias deben ser optimizadas a la par para lograr la máxima sustentabilidad en estos sistemas” completó.

Pero no solamente la desalación ha mostrado cuantiosos avances en eficiencia energética, el tratamiento y reúso de agua también. Latinoamérica cuenta con uno de los ejemplos más importantes del mundo en este sentido con el concepto de biofactorías de Aguas Andinas en Santiago de Chile, que están cerca de la autosuficiencia energética a partir de procesos como la biodigestión de residuos orgánicos, con el que se abastece a la planta de tratamiento casi en su totalidad y con el que se espera transferir energía a la ciudad en forma eléctrica o combustible.

Además de su constante optimización, el sector hídrico también ha evolucionado para adaptarse a las fuentes de energía renovables y su compatibilidad ya ha sido demostrada en casos de éxito que se extienden por todo el mundo e incluyen a Latinoamérica y que tendrá uno de sus máximos exponentes en la planta desaladora ENAPAC – Energías y Aguas del Pacífico, de la Empresa Trends Industrial- la cual se ubicará en Atacama, Chile, y tendrá una capacidad máxima de 2.600 l/s. Será la primera planta multicliente en el país, la única de gran escala con energía solar (100 MW) y uno de los proyectos más avanzados del mundo con combinación de desalinización por ósmosis inversa y energía fotovoltaica.

Las crisis hídricas también son energéticas

La disponibilidad de agua es fundamental para la generación de energía. Se usa para el desarrollo de las infraestructuras, la extracción y procesamiento de los recursos combustibles, como refrigerante en centrales nucleares y como riego para la producción de biocombustibles, entre otras aplicaciones.

La avalancha de retos que se intensifican con el cambio climático y su amenaza de reducción en la disponibilidad de agua hace que los expertos estén más atentos en la cantidad de agua empleada y contaminada para la generación de cada Kwh, lo que se denomina como huella hídrica.

De acuerdo con Waterfoot Print Network producir 1 kWh de electricidad en una central térmica promedio de carbón tiene una huella hídrica azul -agua extraída de ríos y lagos- del orden de 2,86 l/kWh y una huella hídrica gris -agua contaminada en el proceso que debe ser tratada- de 616 l/kWh.

La extracción del crudo, su refinamiento y el transporte de 1 litro de combustible puede tomar unos 2,8 litros de agua. Un auto moderno y eficiente podría tener una huella hídrica azul anual de 550 litros al recorrer unos 10 mil kilómetros.

Entonces, las crisis hídricas que se vaticinan por sobreexplotación y contaminación de las fuentes naturales de agua también son una potencial crisis energética por lo que avanzar en la reducción del consumo de agua de los procesos energéticos es un imperativo para la adaptación.

Hidrógeno verde: la fusión perfecta de agua y energía

El proceso más eficiente de producción de hidrógeno consiste en la separación del agua en sus elementos, hidrógeno y oxígeno, cuando se aplica una corriente eléctrica externa. Si el hidrógeno se genera a partir de electricidad renovable (hidrógeno verde), sin emitir gases de efecto invernadero, podría desempeñar un papel fundamental en el contexto actual de transición energética.

Según el director de la Asociación Latinoamericana de Desalación y Reúso de Agua, ALADYR, Eduardo Pedroza, actualmente el hidrógeno se utiliza como materia prima para la síntesis química, pero se han realizado aplicaciones, como el almacenamiento de energía y los combustibles para el transporte.

Este proceso requiere de la elección de una fuente de agua constante y sostenible para el proceso de electrólisis (1 kg de hidrógeno requiere 9 kg de agua) y es aquí donde la desalinización de agua de mar y el reúso son protagonista en esta tendencia clave para la transición energética. “No habrá sostenibilidad si la fuente de agua presenta implicaciones de disputa de disponibilidad con la población o restricciones ambientales” añade Pedroza.

Destacó que América Latina tiene una “gran oportunidad de ser un jugador clave” en la generación de hidrogeno verde por poseer más de 40.000 kilómetros de costa, así como importantes complejos portuarios e industriales y puntualizó que el nordeste de Brasil, en particular, tiene condiciones favorables para la producción de energía eólica y solar, destacando ya con una generación actual de unos 20 GW (17 eólicos + 3 solares), que sigue en rápida expansión con nuevos proyectos autorizados o en construcción del orden de 29 GW (12 eólicos + 17 solares).

Por otro lado, la Agencia de Energía Renovable Internacional estima que para 2050 el hidrógeno representará hasta el 12% de la energía mundial utilizada y ha identificado a Chile, Marruecos y Namibia entre los países que podrían emerger como exportadores de hidrógeno verde.

Diego Pardow, Ministro de Energía de Chile declaró que las condiciones favorables del país permiten seguir a la vanguardia en el desarrollo de energías renovables cuando comprometió a la nación austral a alcanzar la neutralidad de carbono para 2050 y el hidrógeno verde está en el centro de esta promesa.

Así, la estrategia chilena de hidrógeno verde, presentada en noviembre de 2020, aspira a que el país produzca el hidrógeno verde más barato del mundo para fines de esta década, y que se sitúe entre los tres exportadores principales del mundo para 2040.

Hace más de 2600 años, el filósofo griego Tales de Mileto se propuso superar el pensamiento mitomágico y dar una explicación racional al mundo y su composición. Llegó a la conclusión de que cada materia es transformación de un único elemento, el agua. ¿Cuánta razón podemos atribuirle ahora que conocemos esta intrincada relación entre el agua y la energía?