Desalinización para niños
La desalinización es un proceso muy importante que nos permite quitar la sal del agua de mar o del agua que tiene un poco de sal (llamada agua salobre). Las plantas desalinizadoras son como grandes fábricas que hacen este trabajo. Su objetivo principal es transformar el agua salada en agua potable, que es segura para beber y usar.
El agua de mar tiene muchas sales minerales disueltas. Por eso, no podemos beberla directamente. De hecho, si una persona bebe mucha agua de mar, puede ser muy peligroso para su salud. En nuestro planeta, la mayor parte del agua (un 97.5%) es salada, y menos del 1% es apta para que los humanos la consumamos. Por eso, convertir el agua de mar en agua dulce es una de las soluciones más importantes para la escasez de agua potable en el mundo.
Gracias a la desalinización, obtenemos agua dulce que se puede usar para beber, para las ciudades y para regar los cultivos. Aunque las plantas desalinizadoras existen desde hace muchos años, antes eran muy caras de operar. Hoy en día, se producen más de 99 millones de metros cúbicos de agua desalinizada cada día en todo el mundo, lo que abastece a más de 100 millones de personas.
Se espera que la necesidad de agua en el mundo siga creciendo en los próximos años, debido al aumento de la población y la producción en las industrias. Un informe de 2015 del WWAP (Programa Mundial de Evaluación del Agua de la UNESCO) señala que el mundo podría enfrentar una escasez de agua del 40% para el año 2030 si no se toman medidas. Por eso, investigar y mejorar las técnicas de desalinización es clave para resolver este problema.
Sin embargo, las plantas desalinizadoras también tienen algunos desafíos. Al quitar la sal, se producen residuos salinos y otras sustancias que, si no se manejan bien, podrían afectar a los animales y plantas del mar. Además, estas plantas usan mucha energía eléctrica. Para solucionar esto, se están investigando formas de construir plantas más eficientes, que contaminen menos y que usen energías renovables.
Contenido
¿Cómo se quita la sal del agua?
Existen diferentes formas de quitar la sal del agua. Los métodos más comunes se dividen en dos grupos principales: los que usan calor (procesos termales) y los que usan membranas especiales (tecnologías de membranas).
Procesos que usan calor
Estos métodos calientan el agua de mar para que se evapore, dejando la sal atrás. Luego, el vapor de agua se enfría y se convierte de nuevo en agua líquida, pero esta vez sin sal.
Destilación multietapa (MSF)
En este método, el agua de mar se calienta y se evapora en varias etapas. En cada etapa, se aplica calor para que el agua se convierta en vapor. Luego, ese vapor se condensa (se vuelve líquido) y se recoge como agua dulce. A veces, se añaden elementos para ayudar a capturar otras sustancias no deseadas.
Destilación multiefecto (MED)
Este método es parecido al anterior, pero solo se aplica calor directamente en la primera etapa. El vapor que se produce en esa primera etapa se usa para calentar el agua en la siguiente etapa, y así sucesivamente. Esto hace que sea más eficiente en el uso de la energía.
Compresión mecánica de vapor (MVR)
Este proceso recupera energía. Se comprime el vapor de agua a baja presión, lo que hace que su temperatura y presión aumenten. Este vapor comprimido se puede usar para calentar el agua salada y producir más vapor a baja presión, creando un ciclo eficiente.
Destilación solar
Este método es más sencillo y usa la energía del sol. El agua salada se coloca en un espacio cerrado expuesto al sol. El sol calienta el agua, que se evapora. El vapor se condensa en una superficie más fría y las gotas de agua dulce se recogen. Produce entre 1 y 4 litros de agua por día por cada metro cuadrado de superficie.
Tecnologías que usan membranas
Estos métodos utilizan membranas muy finas que actúan como filtros, dejando pasar el agua pero reteniendo la sal.
Electrodiálisis (ED)
La electrodiálisis fue una de las primeras ideas para desalinizar, propuesta en 1890. Este proceso hace pasar el agua salada a través de membranas especiales que tienen una carga eléctrica. Cuando se aplica una corriente eléctrica, estas membranas atraen y atrapan los iones de sal (como el sodio y el cloruro), dejando pasar el agua dulce. La cantidad de energía que se necesita depende de cuánta sal tenga el agua. La primera planta desalinizadora por electrodiálisis se construyó en 1954 en Arabia Saudita.
Micro, nano y ultra filtración
Estos son tipos de filtración que usan membranas con poros muy pequeños para eliminar partículas y microorganismos del agua, preparando el agua para otros procesos de desalinización.
Desalinización por ósmosis inversa (OI)
La ósmosis inversa es el método más usado hoy en día. Para entenderla, primero hay que saber qué es la ósmosis natural. La ósmosis es cuando el agua pasa a través de una membrana especial (semipermeable) desde un lugar con menos sal a uno con más sal, hasta que las concentraciones se igualan. Esto ocurre de forma natural y no necesita energía.
La ósmosis inversa hace lo contrario: fuerza al agua a pasar por la membrana desde el lado con más sal (el agua de mar) hacia el lado con menos sal, pero sin que las sales pasen. Para lograr esto, se necesita aplicar presión, que es una forma de energía. Cuanta más sal tenga el agua, más presión se necesitará.
El mar es una fuente casi ilimitada de agua salada. Una planta de ósmosis inversa necesita procesar un volumen de agua de mar que puede ser hasta tres veces mayor que la cantidad de agua dulce que se obtendrá. Por eso, el diseño de cómo se capta el agua del mar es muy importante.
Actualmente, se está investigando el uso de láminas de grafeno con poros muy pequeños para reemplazar las membranas actuales en la ósmosis inversa. Se cree que esto podría hacer el proceso mucho más eficiente y requerir menos energía. El desafío es que las membranas de grafeno son caras por ahora, pero se espera que su costo baje en el futuro.
¿Cómo funciona una planta de ósmosis inversa?
El proceso de producción de agua dulce en una planta de ósmosis inversa sigue varios pasos:
- Primero, el agua de mar se recoge en un gran depósito y se filtra para quitar las partículas más grandes.
- Luego, unas bombas llevan el agua al sistema de desalinización. Antes de entrar, se le añaden algunos productos químicos para prepararla.
- El agua pasa por varios tipos de filtros que retienen partículas muy pequeñas, como algas o diatomeas. Es importante que estas partículas no lleguen a las membranas.
- El paso más importante es la separación del agua de las sales y minerales. Esto ocurre en los módulos de ósmosis inversa, donde las membranas no permiten que las sales pasen.
- Los operadores de la planta supervisan y mantienen todo el proceso, que está automatizado.
Recuperación de energía y calidad del agua
Cuando el agua de mar pasa por las membranas, una parte se convierte en agua dulce y otra parte, que contiene una alta concentración de sal (llamada salmuera), es rechazada. Esta salmuera aún tiene mucha presión, y es muy útil recuperar esa energía para que la planta sea más eficiente. Se usan dispositivos especiales que pueden recuperar hasta el 95% de la energía de la salmuera rechazada.
El agua dulce que se obtiene de la ósmosis inversa es muy pura, pero también es un poco ácida y tiene pocos minerales. Por eso, antes de distribuirla para el consumo, se le ajusta el pH (para que no sea corrosiva) y se le añaden algunos minerales como el carbonato de calcio. A veces, también se le añade fluoruro de sodio o hipoclorito si las normas locales lo requieren.
Plantas desalinizadoras en España
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España es uno de los países con más plantas desalinizadoras en el mundo, ocupando el quinto lugar. Cuenta con unas 900 plantas que pueden producir 1.45 millones de metros cúbicos de agua al día.
Las desalinizadoras deben estar cerca del mar, generalmente a pocos metros o hasta 3 kilómetros de la costa. Cuanto más lejos estén, más energía se necesitará para bombear el agua, lo que aumenta el costo.
La primera desalinizadora en España se construyó en 1965 en Lanzarote. Usaba una tecnología de evaporación solar que hoy casi no se usa, ya que ha sido reemplazada por la ósmosis inversa. Esta planta fue un proyecto privado para ayudar a la isla y al turismo. Producía unos 2000 metros cúbicos de agua al día, pero consumía mucha electricidad, por lo que su tecnología fue cambiada. El éxito de este proyecto llevó a que se construyeran plantas similares en otras islas como Fuerteventura y Gran Canaria, y en la ciudad de Ceuta.
En Las Palmas de Gran Canaria se construyó la primera desalinizadora de España que usaba el método de ósmosis inversa en 1971. Hoy en día, una de las plantas más modernas es la de El Prat de Llobregat, cerca de Barcelona, una zona con mucha población que a veces sufre sequías.
Impacto en el medio ambiente
Como cualquier actividad humana, la desalinización tiene algunos efectos en el medio ambiente. Sin embargo, con el avance de la tecnología, se ha vuelto más sostenible en cuanto al uso de energía y la gestión de residuos. Los principales desafíos ambientales son:
Ecosistemas marinos
La salmuera concentrada que se descarga al mar puede dificultar la vida de los animales y plantas marinos. Además, cuando se extrae una gran cantidad de agua del mar para la planta, pequeños organismos y algas pueden ser absorbidos, lo que altera el ecosistema.
Contaminación
La salmuera no solo tiene mucha sal, sino que también puede contener productos químicos usados en el tratamiento del agua. Si las plantas usan métodos de destilación térmica, la salmuera descargada puede estar a una temperatura más alta de lo normal, lo que también afecta a la vida marina, ya que solo algunas especies pueden soportar esas temperaturas.
Energía
El alto consumo de energía es uno de los mayores desafíos para el crecimiento de la desalinización. La mayoría de las plantas usan energía de combustibles fósiles, lo que produce gases que afectan el medio ambiente. Por eso, usar energía solar u otras energías renovables para la desalinización es una opción prometedora para reducir el impacto ambiental y obtener agua potable de forma sostenible.
Gestión de la salmuera
Existen varias formas de deshacerse de la salmuera. La más común y económica es descargarla en el mar o en el océano. Para reducir su impacto, la salmuera se diluye con agua de mar antes de ser descargada y se libera en zonas profundas con corrientes fuertes. Esto ayuda a que se mezcle y se disperse rápidamente, disminuyendo los efectos negativos en la vida marina. Otros métodos, más costosos, incluyen descargarla en estanques solares o inyectarla en acuíferos salinos profundos. Sin embargo, estos métodos pueden tener el riesgo de aumentar la salinidad del suelo o del agua subterránea si no se manejan correctamente.
Historia de la desalinización
La idea de quitar la sal del agua es muy antigua. Desde hace miles de años, las personas han intentado purificar el agua de mar. Algunas de las referencias más antiguas se encuentran en la Biblia.
El filósofo griego Aristóteles (384-322 a.C.) ya describió en su obra "Meteorológica" que el agua salada, al evaporarse, se vuelve dulce al condensarse. También mencionó que un recipiente de cera podía filtrar la sal del agua de mar. Basándose en estas ideas, en el siglo XV, Leonardo da Vinci propuso usar un alambique (un aparato para destilar) con una cocina de leña para producir agua potable del mar de forma económica.
En China, un texto antiguo llamado "Clásico de las Montañas y los Mares" (entre 475 y 221 a.C.) sugiere que las esteras de bambú usadas para cocinar al vapor podían absorber la sal. Más tarde, Alejandro de Afrodisias (siglo II d.C.) describió un método de destilación donde el vapor de agua de mar hirviendo era recogido por esponjas, y al condensarse, se convertía en agua dulce.
En el siglo XVII, aparecieron las primeras patentes para dispositivos de desalinización térmica en Europa, aunque no se usaron a gran escala por problemas técnicos. En 1717, el médico francés Paul Gauthier introdujo una nueva técnica usando el alambique.
La primera invención que se usó a gran escala fue en 1852, cuando Alphonse René Le Mire de Normandy patentó un sistema para producir agua dulce del mar. Su invento fue un éxito comercial, especialmente para los barcos de vapor. También fue el primero en usarse con éxito en tierra a gran escala; por ejemplo, en 1861, el Ejército de la Unión en Estados Unidos usó tres de sus aparatos para obtener más de 1000 litros de agua potable al día. En 1872, Carlos Wilson creó la primera planta desalinizadora industrial en Chile, usando destilación solar.
La primera planta de desalinización moderna se construyó en 1961 en Freeport, Texas (Estados Unidos), por la Dow Chemical Company. Usaba un sistema de destilación multiefecto y producía 3800 metros cúbicos de agua potable al día. Esta planta mejoró mucho el acceso al agua para la población y la industria local.
La primera planta de desalinización basada en la ósmosis inversa se construyó en 1965 en Coalinga, California. Era una planta de prueba que producía 19 metros cúbicos de agua potable al día de agua salobre, usando membranas de acetato de celulosa. El objetivo era evitar el transporte de agua dulce en tren o camión.
El último gran avance en la historia de la desalinización fue la construcción de la primera planta de desalinización de agua de mar basada en la tecnología de ósmosis inversa. Se construyó en Yeda (Arabia Saudita) en 1976. Usaba agua del Mar Rojo y producía 12 000 metros cúbicos de agua potable al día. Las membranas que usaba eran mucho más avanzadas, similares a las que se usan hoy en día.
Galería de imágenes
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Planta desalinizadora Shevchenko BN350 en la costa del mar Caspio.
Véase también
En inglés: Desalination Facts for Kids
