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Febrero 2020 |Energía

Enfrentar la escasez hídrica

Agua desalada como recurso agroindustrial

 

El cambio climático y el aumento del estrés hídrico presente en Chile, hacen necesario ahorrar, reutilizar y buscar fuentes alternativas de agua apta para diversos procesos productivos. En este contexto de restricción hídrica casi extrema, la desalación se presenta como una apuesta segura en el país y el resto de América Latina. En Chile se desala agua del mar para la minería desde los años 80, proceso que si se hiciese con Energías renovables, se reduciría el costo de producción casi a la mitad. Para que esta técnica se convierta en un auténtico recurso hídrico viable y sostenible en la agricultura es preciso optimizar la conducción hídrica hacia los puntos de irrigación e impulsar el abastecimiento de las plantas desaladoras con fuentes de energía renovable que tengan menor costo energético y reduzcan su impacto ambiental.

Dr. Gerardo Arancibia Moreno, consultor  especialista en eficiencia energética y energías renovables. gerardo@elementalenergy.cl

En Chile, el sector silvoagropecuario representa un 73% de las extracciones consuntivas de agua, lo que permite el riego de 1,1 millones de hectáreas que se localizan principalmente entre las regiones de Coquimbo y Los Lagos. La minería y los usos industriales comparten un 21%.

Por otra parte, existen varias zonas del país que durante los últimos años han experimentado condiciones de sequía extrema. Dado que esta situación se caracteriza por tener un carácter estacional, existen antecedentes que apuntan a un problema más frecuente y afirman que para el año 2100 los recursos hídricos disponibles en Chile se reducirán entre un 24 y un 40%. Del mismo modo, las evidencias científicas ya advierten de que este proceso se está acelerando como consecuencia del cambio climático, lo que requiere adoptar e implementar medidas no sólo para superar la situación de corto plazo, sino también para abordar la escasez de forma más permanente.

Un aumento en la eficiencia en el uso del recurso es el principal desafío, lo que se traduce en un incremento en la tecnificación del riego y en la ejecución de obras de conducción y almacenamiento de aguas, dado que en promedio el riego tecnificado permite reducir el consumo de agua por hectárea de un 50 a 70%. Esto es un ahorro hídrico importante, pero no suficiente.

También se debe profundizar sobre el efecto que tiene la implementación de estas tecnologías en la recarga de las napas subterráneas, en la calidad de las aguas por el aumento de la concentración de contaminantes como pesticidas y fertilizantes, y el  manejo de contaminantes y pasivos ambientales que genera.

En este contexto de estrés hídrico casi extremo se hace imprescindible buscar fuentes alternativas, y la desalación es una apuesta segura en toda América Latina, como una oportunidad para su desarrollo de forma sostenible.

ADAPTANDO LA DESALACIÓN AL RIEGO

En Chile se ha incrementado notablemente la producción y uso de agua desalinizada en los últimos 20 años. Su principal ventaja es la garantía del recurso hídrico, ya que no se encuentra sujeto a variaciones climáticas. Además, su uso reduce la incertidumbre de disponibilidad de agua en el momento adecuado para el cultivo y garantiza el suministro. Por contrapartida, su principal inconveniente es su costo de producción, lo que hace su uso inviable para algunos cultivos agrícolas, debido principalmente a su alto consumo energético, lo que genera elevadas emisiones de gases de efecto invernadero, que pone en duda el importante rol de la agricultura de regadío como sumidero de CO2.

La osmosis inversa se ha generalizado como la tecnología de referencia para la desalinización de agua marina, ya que presenta consumos energéticos y costos de funcionamiento reducidos en comparación con el resto de tecnologías aplicables a gran escala.

El agua marina osmotizada resultante de esta técnica se caracteriza por su escasa mineralización e importantes desequilibrios en su composición, por lo que no es apta para ningún tipo de suministro doméstico, agrario o industrial.

Para adecuarla a los requerimientos del riego agrícola debe someterse a postratamientos de re-mineralización en la propia planta desalinizadora, o mezclarse con otras aguas que corrijan sus desequilibrios para evitar problemas agronómicos que afecten tanto a la productividad de los cultivos como a la calidad de las cosechas.

Esta problemática ya se ha puesto de manifiesto en Israel y España, donde se han detectado problemas agronómicos que afectan a la productividad de los cultivos, a los costos de fertirrigacion y a la conservación de los suelos agrícolas.

Además del costo energético de la desalación, y según el proyecto de investigación ‘Seguimiento y análisis de la aplicación de agua marina desalinizada al riego agrícola’ desarrollado en España por la Universidad Politécnica de Cartagena y el Sindicato Central de Regantes del Acueducto Tajo-Segura, los principales aspectos agronómicos a considerar son:

·         Carencias y desequilibrios nutricionales en su composición, que limitan el desarrollo de los cultivos. El agua marina osmotizada se caracteriza por unos contenidos mínimos de calcio, magnesio y sulfato, nutrientes básicos para el desarrollo de los cultivos y cuya concentración en el agua de fuentes convencionales es generalmente suficiente para no tener que considerar su aporte mediante fertirrigación.

·         La concentración remanente de iones cloro y sodio en el agua marina desalinizada es muy elevada en relación al agua de fuentes convencionales aptas para riego, pudiendo llegar a ocasionar fitotoxicidad en cultivos sensibles. La relación de adsorción de sodio (SAR) es un indicador que evalúa el equilibrio en la composición del agua de riego, que debe mantenerse dentro de los límites recomendados en riego agrícola para garantizar la adecuada estructura del suelo agrícola a medio y largo plazo.

·         Elevada concentración de boro, que puede producir problemas de fitotoxicidad en cultivos sensibles al mismo. Afortunadamente se están introduciendo en las plantas desalinizadoras sistemas para su reducción, pero que conllevan un incremento del coste de producción.

Todos los problemas agronómicos y de gestión relacionados con la aplicación del uso de agua marina desalinizada al riego agrícola se pueden resolver mediante una correcta regulación de este tipo de suministros, que normalice la calidad a conseguir, y que permita la optimización de su gestión conjunta con la de otros recursos hídricos disponibles en cada zona regable.

 

Para saber más…

En Youtube:

https://bit.ly/2uZYkA1

DESALACIÓN, RIEGO Y ENERGÍAS RENOVABLES

El consumo energético es el mayor costo que implica la desalación de agua de mar. Llega a representar más de un 50 a 60% de los costos de producción de agua, por lo que cualquier medida que permita su reducción generara menores costos del agua desalada.

Los avances tecnológicos que ha vivido el sector de la desalación en las últimas décadas han permitido mejorar la eficiencia energética en la desalación, reduciendo drásticamente el consumo energético de las plantas desaladoras en torno a un 40 por ciento.

Actualmente el consumo energético de una planta desaladora de agua de mar por ósmosis inversa es de alrededor de 3 [kWh/m3], mientras que en las primeras plantas de evaporación era de más de 50 [kWh/m3].

Estos valores están próximos al límite termodinámico para la desalación, por lo que no es esperable que los consumos puedan reducirse mucho más por optimización del propio proceso de desalinización.

Esto hace que los avances en innovación se centren no en gastar menos energía en el proceso, sino en la incorporación de energías renovables como la solar fotovoltaica o la eólica para alimentar de forma directa o indirecta el sistema de desalación. No obstante, el costo energético y su huella ambiental están muy relacionados con el modelo energético del país, y en Chile, el 80% de la energía consumida proviene de fuentes contaminantes generadoras de  CO2 en base a carbón y gas natural.

Desalar agua con energías renovables reduce el costo de producción casi a la mitad, ya que el metro cúbico cuesta US$0,40 frente a los US$0,90 que cuesta con combustibles fósiles, de modo que la unión entre desalación-energías renovables es clave no solo para disminuir el gasto sino también para dejar de emitir CO2 a la atmósfera, de quemar carbón, gas natural o petróleo y minimizar el impacto del cambio climático.

La apuesta por la desalación lleva unido también el debate entre las grandes necesidades de las ‘Mega-desaladoras’ o la apuesta por plantas de menor tamaño distribuidas por la costa, la necesidad de almacenamiento de la energía renovable y la coincidencia de localización adecuada de la desaladora y del sistema de producción de renovables.

EJEMPLOS DESALACIÓN UNIDA A LAS ENERGÍAS LIMPIAS EN ESPAÑA

Esta fue la opción por la que ya apostó el año 2018 la Mancomunidad del Sureste en Gran Canaria, España, lo que le valió varios premios de la ONU por su importancia como ejemplo para países en vías de desarrollo. La unión entre desalación-energías renovables, es un binomio por el que ya ha apostado el Cabildo de Gran Canarias con su Plan Renovagua dotado de US$18 millones.

El objetivo es implantar energía eólica y fotovoltaica en 26 instalaciones del Consejo Insular de Aguas. El gobierno insular estima que, gracias a estas obras, dejará de emitir 17.423 toneladas de CO2 a la atmósfera cada año y de importar 4.700 toneladas de petróleo. El Cabildo calcula un ahorro de más de US$2 millones cada año, por lo que la inversión se amortizará en 9 años.

FOTOVOLTAICA FLOTANTE EN MAZARRÓN

Reducir el precio del agua desalada y evitar las pérdidas por evaporación. Eso es lo que ha conseguido la Comunidad de Regantes de Mazarrón con su nueva la planta solar fotovoltaica, inaugurada el 2019.

Esta desaladora privada es una de las primeras que se construyeron hace 24 años en la península y alcanza una producción de 14 hectómetros anuales. Con este proyecto de autogeneración de energía, se evitará la emisión de 40.000 toneladas al año de CO2 y se conseguirá un ahorro del 28 por ciento de la factura energética con el consiguiente ahorro en el costo del metro cúbico de agua desalinizado.

Una vez amortizadas las obras en un plazo de ocho años, el costo final oscilará entre los US$0,32 y US$0,35 céntimos de dólar, frente a los US$0,52 actuales. Otra singularidad de la planta solar es que está construida sobre el embalse de la desaladora mediante una estructura flotante, lo cual evitará la evaporación de hasta 35.000 metros cúbicos de agua al año.