La desalinización del agua de mar y su tendencia actual

Por
Juan Francisco Zúñiga Santana,
Iraida Oviedo Rivero
y Elena Cancio Martínez
e-mail: jfz@cubanergia.cu y evar@ocpi.cu

Cuba desarrolla un proyecto nacional para determinar la factibilidad
de la desalinización de agua de mar.

Las enormes reservas de agua de mar y aguas salobres de distintas procedencias, al mismo tiempo que las dificultades existentes ya en muchos países ante la escasez de agua dulce, han obligado a tomar en consideración las posibilidades de su tratamiento económico, y actualmente existe una corriente de interés por la realización de estudios
y proyectos relativos al empleo de distintas tecnologías de desalinización.

La desalinización, también conocida como desalación, es el proceso por el cual el agua de mar, que contiene 35 000 partes por millón (ppm), y las aguas salobres, que contienen de 5 000 a 10 000 ppm, se convierten en agua apta para el consumo del hombre, usos domésticos y utilización industrial.

Existen diferencias entre el agua dulce y el agua potable. Los estándares para el agua dulce pueden variar en cada país; sin embargo, el estándar que asumimos en Cuba es el empleado por la Organización Mundial de la Salud (OMS), el cual identifica como agua dulce una solución acuosa que contiene menos de 500 ppm del total de sólidos disueltos (TSD). La definición de agua potable sería básicamente la misma, pero agregándole las siguientes condiciones: inodora, incolora, insípida y finalmente libre de bacterias contaminantes.



La salinidad puede variar en los diferentes océanos, pero las proporciones relativas de los principales constituyentes (NaCl, MgCl2, MgSO4, CaSO4, K2SO4, NaCO2, LiBr) son prácticamente las mismas en todos los océanos.

En este artículo se exponen los resultados de la búsqueda realizada del tema desalinización en las principales bases de datos, como la International Nuclear Information System (INIS), las patentes consultadas de la Organización Europea (EPO), los Estados Unidos, Japón e Inglaterra, y el Tratado de Cooperación de Patentes (PCT). También se analiza la información relacionada con la tendencia actual de la desalinización, así como los objetivos e impactos sociales y científicos del proyecto nacional titulado «Factibilidad de la desalinización de agua de mar en Cuba».

Procesos y métodos de desalinización
De la comparación de los métodos de desalinización actualmente existentes (Tabla 1),
se encontraron sólo algunos procesos tecnológicamente viables a escala industrial: evaporación súbita por efecto flash (MSF), destilación multiefecto (MED), termocompresión de vapor (TVC), compresión mecánica de vapor (CV), ósmosis inversa (OI) y electrodiálisis (ED). En la tabla 2 se muestra un resumen de las tecnologías utilizadas en la desalinización y algunas características.

Desalinización nuclear
Se entiende por desalinización nuclear la producción de agua potable a partir de agua
de mar en una instalación en la que un reactor nuclear se utiliza como fuente de energía (eléctrica y/o térmica) para el proceso de desalinización.

La instalación puede estar dedicada exclusivamente a la producción de agua potable,
o utilizarse para generar electricidad y producir agua potable, en cuyo caso sólo se utiliza una parte del total de la energía del reactor para producir agua. En cualquier caso,
el concepto de desalinización nuclear se interpreta en el sentido de una instalación integrada, en que tanto el reactor como el sistema de desalinización se encuentran en un emplazamiento común y la energía necesaria para el sistema se produce en el lugar.

Entre las instituciones de la Organización de las Naciones Unidas, el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) ofrece una amplia diversidad de respuestas a la crisis de agua, proporciona técnicas para mejorar la gestión de las aguas subterráneas y promueve el desarrollo de la desalinización para convertir el agua salada en agua dulce.
El OIEA considera la posibilidad de combinar la utilización de la energía nuclear con el proceso industrial de suministrar agua potable mediante la desalinización del agua de mar, desde 1960.

La base de datos INIS (Sistema Internacional de Información Nuclear) tiene como objetivo recopilar, procesar y divulgar la información sobre los usos pacíficos de la energía nuclear generada en los países miembros del OIEA.

En la figura 1 y la tabla 3 se puede apreciar que la producción científica de artículos en la temática de desalinización se ha mantenido en el INIS durante más de treinta años. Los autores más productivos en el tema son: B. M Misra, M. P. S. Ramani, Zhang Dafang y Dong Duo. Por la presencia del número de artículos científicos, los países se ubican en el siguiente orden: Estados Unidos (199), Japón (161), Alemania (160), India (111), antigua URSS (101), Inglaterra (80), Rusia (63), Kazajstán (61), Francia (57), República de Corea (36), Netherland (30), Checoslovaquia (25), China (20), Croacia (15) e Israel (15).
Las revistas más significativas son: International Atomic Energy Agency Bulletin, Transactions of the American Nuclear Society, Soviet Atomic Energy English Translation, Nuclear Engineering and Design y Desalinitation.


Fig. 2. Presencia de la desalinización en la base de datos INIS.

Estudio de patentes
La información en materia de patentes se obtuvo utilizando varias estrategias de búsqueda combinando palabras clave y varias especificaciones de la clasificación internacional de patentes (CIP).

En la figura 3 se observa que la ósmosis inversa ha sido el tema más abordado desde el punto de vista innovador (381 patentes), seguido de las tecnologías que utilizan la energía solar (212), la evaporación multiflash (116), el intercambio iónico (106), la evaporación multiefecto (54), la compresión de vapor (11) y las patentes con el uso de zeolita (10). También se aprecia por las pendientes de las curvas, en el gráfico, que los temas más actuales son la ósmosis inversa y el uso de la energía solar.


Fig. 3. Generación anual de patentes por tecnologías.

Los países que más han generado patentes en el tema desalinización son los Estados Unidos, Alemania, Japón, China, Gran Bretaña y Francia; y los países receptores de patentes relacionadas con distintas tecnologías de desalinización son los Estados Unidos, Japón, Gran Bretaña, Alemania y China.

Situación actual
En 1980 las capacidades instaladas de desalinización (miles de m3/día) por regiones era la siguiente: África (538), Europa (368), antigua URSS (120), Japón y otras islas de Asia (183), Medio Oriente (4 200), EE.UU. (880), México (45), Islas del Caribe (150) y América del Sur (30). El Medio Oriente representaba 61 % del total, seguido de los Estados Unidos con 13 % (Europa sólo alcanza 5 %). Arabia Saudita es el primer país en cuanto a capacidad desaladora (24,4 %), seguido de cerca por los Emiratos Árabes Unidos y Kuwait. Por el número de unidades instaladas, los Estados Unidos ocupan el primer lugar, ya que tienen plantas de pequeño tamaño en comparación con las del Medio Oriente y Arabia. En cuanto a tecnologías, las de destilación suponen 52 %; las de ósmosis inversa, 38 %; y el resto 10 %, principalmente debido a la electrodiálisis.

Actualmente la capacidad total instalada de desalinización en todo el mundo es de 26 hm3/día (ha crecido en aproximadamente tres veces la capacidad existente en 1980),
de los cuales 14 hm3/día corresponden a agua de mar y 12 hm3/día a aguas salobres.

La desalinización en España
España se ha convertido en el cuarto país del mundo en desalinizar el agua. Actualmente existen más de novecientas plantas que desalan cada día cerca de 1 400 000 m3 de agua (150 instalaciones desalan las aguas del mar). Si entra en vigor el Plan Hidrológico Nacional, la desalinización llegaría a 1 700 000 m3/día. En 1970 se necesitaban 22 kW para hacer funcionar una planta que hoy en día sólo consume 3,5 kW.

La tecnología más utilizada en España es la de ósmosis inversa, en base a su mejor presión de obtención de agua, la factible ampliación de las plantas y su gran fiabilidad.
Tan sólo la calidad del agua es peor que en el resto de las tecnologías, si no se contempla la adición de un segundo paso para reducir la concentración salina residual, tras un único paso por las membranas.

La instalación de plantas desalinizadoras en España se plantea como solución en áreas localizadas. Hasta ahora la capacidad instalada en la mayoría de las plantas no es muy grande, lo que no ocurre en otras zonas de alto déficit estructural, como en el Medio Oriente, donde se instalan grandes plantas en zonas aisladas de los asentamientos urbanos y se construyen grandes tuberías para su traslado. España es el país europeo puntero en tecnologías de desalinización por ósmosis inversa, pero no en tecnologías evaporativas, donde grandes compañías alemanas e italianas, junto con las de Extremo Oriente, copan el mercado en el Medio Oriente.

Factibilidad de la desalinización de agua de mar en Cuba
El proyecto nacional titulado «Factibilidad de la desalinización de agua de mar en Cuba» está concebido para ejecutarse en dos años (2005 y 2006) y tiene como objetivos analizar las distintas tecnologías de desalinización de agua mar y proponer cuál es la más factible desde el punto de vista técnico y económico para las condiciones de Cuba; analizar el empleo de las energías renovables en el proceso de desalinización y su comparación con otras fuentes de energía, e identificar las regiones del país donde es factible la desalinización. Actualmente se crea la base de datos necesaria con ayuda de un sistema de información geográfica. De esta forma se podrán emitir recomendaciones a los directivos en cuanto a la introducción de la desalinización, como una opción más para enfrentar la problemática de escasez de agua potable en diferentes zonas del país.

El impacto científico del proyecto radica en la asimilación y adaptación a las condiciones del país (con know how propio) de la metodología y el modelo para la evaluación económica de la desalinización (DEEP), el cual ya es utilizado por otros países.
El impacto social del proyecto viene dado por la identificación de las regiones del país donde existe déficit de agua potable, en los cuales la opción de la desalinización pueda ser una solución. Su impacto en el medio ambiente estará condicionado a la introducción de las fuentes renovables de energía en el proceso de desalinización.

Se obtendrá una valiosa información de los análisis de las tecnologías de desalinización en las distintas regiones del país, que servirá de apoyo a la adopción de decisiones para solucionar la problemática de escasez de agua potable sobre una base científica.