¿CONTAMINAN LAS PLANTAS DESALINIZADORAS?

Aunque el agua abunda en la corteza terrestre, el 97% forma mares y océanos cuya salinidad la hace inutilizable para la actividad humana. Del 3% restante, sólo se puede aprovechar la parte no congelada, que comprende el 0,7% del total. El agua es esencial en la vida de los seres vivos y en un planeta en continuo desarrollo su disponibilidad apta para el consumo humano resulta cada vez más complicada. Una posible solución para combatir la escasez de agua dulce consiste en aprovechar el agua de los mares y los océanos mediante la tecnología conocida como desalinización.

La desalinización se emplea principalmente en zonas áridas, como Arabia Saudí, y en determinadas islas en que hay deficiencia de ríos. En España, la utilización de este sistema ha ido en aumento en los últimos años. El 39% de la población mundial vive a una distancia inferior a los 100 km del mar. Por esta razón, la desalación se ha convertido en una alternativa para el abastecimiento de agua en las islas y zonas costeras con elevada demanda y recursos escasos. En el año 2009, la capacidad de desalación del planeta fue, aproximadamente, de 52.000.000 m3/día y los cinco países que más apostaron por este tipo de tecnología son los que se indican en la figura 1. Por lo que respecta al mercado internacional, los estudios realizados por la Global Water Intelligence señalan que en el periodo 2005-2015, las inversiones para construir nuevas plantas de desalación ascenderán a los 30.529 millones de dólares, con un coste de operación que se prevé que será de unos 3.416 millones de dólares. Por otro lado, el 70% de las instalaciones utilizarán agua de mar como materia primera. La producción de agua desalada en España ha crecido mucho en los últimos años. Este incremento se debe, principalmente, a la impulsión en el año 2004 del programa Actuaciones para la Gestión y Utilización del Agua (AGUA). Esta iniciativa tiene como uno de los objetivos prioritarios incrementar la oferta de recursos hídricos obtenidos de manera sostenible. Por eso, en los últimos cinco años, la construcción de nuevas desalinizadoras se ha disparado de forma notable.

Las tecnologías de desalinización son muy variadas, pero en términos generales se pueden clasificar en tres tipos:

Técnicas basadas en la evaporación: Las técnicas basadas en la evaporación siguen dos procedimientos diferentes para desalar el agua de mar: por acción de los procesos térmicos o de los procesos por compresión. La diferencia entre ambos es que en el primero se suministra la energía necesaria en forma de calor, mientras que en el segundo caso, la fuente de energía es el trabajo. Las tecnologías más ampliamente utilizadas en el mercado actual son la destilación súbita multietapa (MSF) y la destilación multiefecto (ME) para el caso de la evaporación por procesos térmicos y la compresión de vapor (CV) cuando el proceso de evaporación es por compresión.

Técnicas de separación de las sales mediante membranas semipermeables: Las técnicas en que intervienen membranas para la desalinización del agua de mar pueden ser de diferentes tipos, en función de la fuerza impulsora que se utilice para hacer pasar las partículas que hay que separar a través de la membrana semipermeable. Así, si la fuerza motriz es una diferencia de potencial químico; la técnica se conoce como diálisis; si el impulso lo da una corriente eléctrica, la separación de partículas se hará por electrodiálisis, y si la responsable de la separación es una diferencia de presión, la técnica utilizada será la microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración u ósmosis inversa.

Otras técnicas: Existe gran variedad de técnicas que también pueden separar la sal del agua, pero muchas de ellas están en fase experimental y no se utilizan en el ámbito comercial. Entre las más destacadas figuran:

• La congelación.
• La evaporación solar.
• La destilación con membranas.

Uno de los principales inconvenientes de la desalación es el efecto negativo que tiene sobre el medio ambiente. En el proceso de extracción de sales del agua de mar, básicamente son dos los factores que tienen un impacto ambiental negativo sobre el entorno en el que se encuentran las centrales: un uso intensivo de la energía y el vertido de cantidades importantes de salmuera y otros productos químicos. También existen otros factores que pueden afectar negativamente al medio ambiente, como pueden ser la contaminación acústica y el impacto visual que supone una construcción de estas características.

La energía eléctrica necesaria para hacer funcionar una planta desalinizadora de agua de mar es muy elevada. La gran mayoría se genera en centrales térmicas que producen una gran cantidad de contaminantes atmosféricos y, en especial, gases de efecto invernadero como el CO2. A la hora de determinar la cantidad de dióxido de carbono total que se produce en una planta desalinizadora durante un año entero, hace falta tener en cuenta el criterio establecido por el Ministerio de Medio Ambiente y Medio Rural y Marino, en el que se admite que la energía eléctrica de una central térmica emite como valor medio 0,402 kg CO2/kWh. Conociendo que la planta desalinizadora que nos ocupa tiene un flujo de agua producto de 500 m3/día y que, según los datos de diseño, (véase el apartado Diseño de la planta), la energía necesaria para desalar un metro cúbico de agua es de 4,77 kWh/m3. La cantidad total de CO2 que se genera en la planta durante un año viene dada por la siguiente ecuación:

Cabe decir que en los últimos años las centrales desalinizadoras que funcionan mediante la tecnología de la ósmosis inversa son cada vez más eficientes gracias, en gran parte, a la puesta en marcha de tres medidas de ahorro de energía:

• La optimización del proceso de desalación. Para ello, se utilizan nuevos equipos como bombas de presión más eficientes o sistemas de pretratamiento como la radiación ultravioleta o la ultrafiltración.
• La utilización de recuperadores de energía como los intercambiadores de presión y las turbinas Pelton, que permiten recuperar gran parte de la energía necesaria para el sistema de bombeo de alta presión.
• El aprovechamiento de energías de origen renovable, como la energía solar o mareomotriz.

La salmuera es el residuo que se genera en las desalinizadoras. Se caracteriza por tener una concentración de sales muy elevada (en torno a las 70.000 ppm), por salir a altas temperaturas y por afectar negativamente algunas especies marinas. Los organismos marinos más sensibles al vertido de la salmuera son las fanerógamas marinas, concretamente la especie llamada Posidonia oceánica. Las praderas de este tipo de algas son sistemas estructuralmente complejos que tienen un papel muy importante en la retención de sedimentos, en la protección de la línea de la costa, en la capacidad de almacenar nutrientes y en el control de los ciclos biogeoquímicos del litoral. Estas especies vegetales se ven afectadas por un incremento de salinidad que se traduce en una variación de nitrógeno y carbono, así como una disminución de la fotosíntesis. Una posible solución para disminuir el impacto de la salmuera sobre el medio es diluir el residuo mediante un difusor que lo expulsa a una determinada presión siguiendo una trayectoria parabólica. La salmuera se vierte en el mar, ya que no se puede reutilizar a causa de su alto contenido en productos químicos provenientes de las etapas de pretratamiento, postratamiento y limpieza de membranas. Entre las sustancias químicas que se encuentran en el residuo figuran aditivos como floculantes, antiincrustantes, acidificantes, anticorrosivos y biocidas.

El futuro para la reducción de contaminación así como para hacer sostenible este tipo de plantas estaría ligado a la promoción y construcción de plantas de desalinización por ósmosis inversa con una capacidad de 500m3/día, ya que las centrales que se basan en el uso de esta técnica son mucho más eficientes en producciones de agua desalada baja. En cambio, las tecnologías de evaporación utilizan cantidades de energía mucho más elevadas y sólo son rentables si producen cantidades de agua desalinizada muy grandes. Si a esto le añadimos que la energía consumida para la desalinización se la aportamos mediante una planta aislada de generación de energía mediante fuentes renovables, estaríamos hablando de un proceso sostenible y respetuoso con el medio ambiente.

Si nos fijamos en los datos de la tabla 1, en España hay una media de 5.000.000 m3/día para lo que cubrir estos con el nuevo sistema tendríamos que instalar 10.000 plantas desalinizadoras de 500 m3/día. Para alimentar cada una de ellas podríamos instalar generación minieólica o eólica, ya que estás suelen situarse cerca de la costa y allí las condiciones de generación son excelente. Como podemos observar en los cálculos:

500 m3/día x 4,77 kWh/m3 = 2385 kWh/día

La energía necesaria diaria por cada planta.

2385 kWh x 365 días = 870.525 kWh/año

La energía necesaria anual por cada planta, que si queremos alimentarla mediante energía eólica aislada hemos de tener en cuenta un funcionamiento medio de 2.400 horas/año en este tipo de emplazamientos:

870.525 kWh/año / 2.400 horas/año = 362,7 kW

La potencia instalada necesaria para generar 500 m3/día en la planta desalinizadora.

Si tenemos en cuenta que solamente tendríamos cubierto un 27,4 % del tiempo de consumo de la planta, si esta funciona 24 horas al día y 365 días al año, se puede optimizar el funcionamiento mediante la instalación de una mayor potencia de generación eólica para varias plantas desalinizadoras de este tipo.

Analicemos el caso de instalar un aerogenerador de 2 MW de potencia, que es capaz de suministrar 5,5 veces la energía requerida por una planta desalinizadora:

2.000 kW x 2.400 horas/año = 4.800.000 kWh/año

4.800.000 kWh/año / 870.525 kWh/año = 5,5 veces

Y que por ejemplo, puede suministrar la energía necesaria para 4 plantas de este tipo:

4.800.000 kWh/año / (870.525 kWh/año x 4) = 1,38 veces

1,38 veces x 362,7 kW = 500,5 kW

Con un excedente de generación, en momentos puntuales, de 550 kW que podemos vender al mercado eléctrico y que nos va a permitir, económicamente hablando, soportar el coste de compra de la energía necesaria para el funcionamiento de las plantas desalinizadoras, en momentos de poca generación eólica.