Por Norma De Cristofaro, Mahrea Consultores, y Graciela Abuin, Consultora Emérita de INTI
mahreaconsultores@gmail.com
El hidrógeno verde (H2V) requiere cantidades significativas de agua desmineralizada como materia prima, y debido a los efectos del cambio climático en el stress hídrico, un número creciente de países se verán obligados a considerar si la producción de hidrógeno es viable en el largo plazo. La demanda proyectada de 409 Mt de hidrógeno verde en 2050 considerada por IRENA en el escenario 1.5°C requeriría alrededor de 7–9 billones de metros cúbicos de agua por año. Los inversores se interesan por los mejores sitios de generación solar y eólica para la producción de hidrógeno verde, pero esos sitios suelen ser también los más desérticos. De hecho, más del 70% de los proyectos de producción de hidrógeno electrolíticos planeados en el mundo se encuentran en zonas de stress hídrico.
En este contexto, el hidrógeno verde podría representar una oportunidad para mejorar la seguridad en la disponibilidad de agua, teniendo en cuenta una sinergia con sectores para los que la desalinización puede ser costosa, como la agricultura o sectores industriales pequeños, para los cuales el suministro de agua suele ser crítico. La desalinización agrega un 1–2% al consumo energético y al costo de producción del hidrógeno verde, donde el consumo de electricidad es el factor determinante. En realidad, el hidrógeno verde puede brindar un impulso a la industria de la desalinización, que resulte en un escalado masivo de la capacidad de la misma. Esto, en realidad, puede derivar en un aumento del suministro de agua pura para otros propósitos, más allá de los electrolizadores, o, dicho de otro modo, en una reducción del costo de la desalinización.
Aunque hay diversos métodos de desalinización, aplicables a agua de mar o subterránea, la ósmosis inversa es la tecnología normalmente adoptada, por su madurez y versatilidad. La tecnología de desalinización por ósmosis inversa emplea una membrana semipermeable, que permite que las moléculas de agua la atraviesen, evitando el paso de otras moléculas o iones. La membrana separa dos compartimientos, en uno de los cuales (ocupado por el agua de alimentación) se aplica una presión destinada a vencer la presión osmótica, con lo cual se logra que el agua permee hacia el otro compartimiento, que contiene el agua purificada. Generalmente se utiliza una configuración espiral en tubos.
La minimización del impacto ambiental es un requisito fundamental para el funcionamiento de estas plantas. En el caso de una planta de desalinización de agua de mar, se generan impactos adversos por sistemas de captación no adecuados y descarga de salmueras, particularmente en ambientes no abiertos como puede ser un golfo.
El sistema de captación de agua cruda, constituido por un colector que consiste en una estructura sumergible con la que se realiza la toma del agua de mar, es fundamental en el objetivo de la disminución del impacto ambiental de una planta de desalinización de ósmosis inversa. Su diseño y la calidad de los materiales de construcción han ido mejorando con el transcurso de los años, principalmente por la necesidad de adaptación a las normativas ambientales, mejoras tecnológicas y aumento de calidad y eficiencia de las nuevas plantas. Una adecuada selección y protección de los materiales de construcción de los equipos, tuberías y bombas es necesaria para evitar que los materiales, en contacto con el agua de mar, sufran procesos de corrosión, con el consecuente riesgo de distribución de óxidos y restos metálicos en el sistema. Además, algunos materiales se protegen cuidadosamente del ambiente mediante protección eléctrica (catódica) o recurriéndose a una correcta preparación superficial del acero base y de recubrimientos poliméricos de alto desempeño, espesor y calidad.
El flujo de entrada del agua en el colector se diseña en forma tal que imposibilite la succión de organismos marinos, además, si la profundidad de la instalación es la adecuada se evita la presencia de luz solar y, en consecuencia, el crecimiento biológico y de microorganismos dañinos para el proceso de ósmosis inversa. Para mitigar este fenómeno, se agregan sistemas de filtración que eviten obturaciones y fenómenos de deterioro de equipos, tuberías y bombas La prevención se completa con programas de mantenimiento mediante limpieza mecánica.
En el caso de la descarga, la dilución de salmueras es una práctica utilizada para reducir los impactos ambientales, combinada con un control estricto de la composición de la corriente resultante para asegurar que su salinidad sea similar a la del cuerpo receptor. Para este fin suele aprovecharse agua disponible de otros procesos, por ejemplo, agua de enfriamiento.
Pasando a alternativas que incluyan un procesamiento con agregado de valor, el tratamiento de concentrados (salmueras) y la recuperación de subproductos pueden reducir los costos y los impactos ambientales asociados a la disposición de los efluentes líquidos (descargas) de plantas desalinizadoras, aportando soluciones sostenibles para la industria de la obtención de agua. Varias alternativas se basan en el aprovechamiento de la salmuera en la propia planta de desalación, tales como:
- Aprovechamiento de la alta presión utilizada en la alimentación para la generación de energía en turbinas Pelton o Francis.
- Limpieza de filtros, en lugar de agua.
- Producción de energía por gradiente de salinidad, que resulta del contacto de aguas con diferente contenido salino. Una variante en el caso de que la instalación se encuentre a una diferencia de cota considerable, es generar energía con una turbina (en uso en Alelaida, Australia).
- Productos químicos in situ: electrocloración para producir hipoclorito de sodio, tal el caso del proyecto de una empresa incubada en la Universidad Politécnica de Cartagena (UsefulWastes). Este proceso implica la separación previa de las sales que puedan interferir, como sulfatos y nitratos.
Referencias
IRENA (2022), Geopolitics of the Energy Transformation: The Hydrogen Factor.IRENA (2021), World Energy Transitions Outlook 2021: 1.5°C Pathway.Desalting Handbook for Planners, 3rd Edition, USDI, 2003.Zarzo Martínez, Tesis sobre la Problemática y soluciones para la gestión de salmueras procedentes de desaladoras, Universidad de Alicante (2017).
- Abuin y N. De Cristofaro. Desalinización del agua de mar. Gerencia Ambiental, mayo (2023).
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