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jueves, 29 marzo, 2018

En busca de nuevas sinergias entre el agua y la energía

He aquí dos problemas que parecen no relacionarse: la intermitencia de la energía solar y eólica, y la frecuente escasez de agua dulce. Según un ingeniero del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), un sistema integrado que combine tecnologías existentes —y que funcione en su totalidad con energías renovables— podría resolver ambos problemas. Además, sostiene que muchas zonas de las Américas cuentan con la topografía ideal para poner a prueba este sistema. La clave es que haya montañas junto al mar.

Ya existe toda la tecnología necesaria para este sistema de agua y energía, señala Alexander Slocum, Profesor de Ingeniería Mecánica en la Cátedra Walter M. May y A. Hazel del MIT y autor principal de un artículo sobre este tema, publicado en la revista Sustainable Energy Technologies and Assessments.

El sistema que se ha imaginado combina el bombeo hidráulico para almacenar energía y producir electricidad de reserva para los sistemas de energía solar y eólica, y un sistema de ósmosis inversa para desalinizar el agua. La primera parte, la bomba hidráulica, almacena agua —y por lo tanto, energía— en un depósito con revestimiento, construido a gran altura junto al mar.

“Se necesita una batería gigante para almacenar la energía solar y eólica”, explicó Slocum en una entrevista telefónica. “Necesitaremos baterías de gran tamaño porque el viento no siempre sopla y el sol no siempre brilla.”

Con la ayuda de energía solar y eólica, se bombea el agua al depósito y allí queda almacenada. Cuando no hay suficiente viento o luz solar, se libera el agua por las tuberías y pasa por las turbinas generando energía eléctrica en su regreso al mar. En otras palabras, una fuente de energía intermitente ahora puede ser constante.

La segunda parte del sistema es la planta desalinizadora que emplea el proceso de ósmosis inversa para obtener agua dulce del agua del mar. Este proceso, que consiste en hacer pasar a presión el agua por membranas semipermeables, en general requiere grandes cantidades de energía. Además, por cada litro de agua dulce se genera casi un litro de salmuera, que es demasiado salada y tóxica para la vida marina.

Con un sistema integrado de bombeo hidráulico y ósmosis inversa conocido en inglés como IPHROS, como el que propone Slocum, cerca del 5% del agua del depósito sería enviado a la planta de ósmosis inversa y no a las turbinas. La presión del agua descendente generaría la energía necesaria para el proceso de desalinización y eliminaría la necesidad de recurrir a bombas de alta presión utilizadas en los sistemas de ósmosis inversa existentes. Slocum señaló que esta planta podría producir suficiente agua dulce para cubrir las necesidades locales, incluso para la industria y la agricultura.

En la actualidad, una etapa costosa de la desalinización es el tratamiento de la salmuera, residuo de la extracción del agua dulce. No se puede verter en el mar, por lo que debe ser bombeada a través de largas tuberías para que lentamente se mezcle con el agua de mar. Mediante un sistema integrado, la salmuera podría ser liberada en el gran flujo de agua de las turbinas, que la diluiría hasta llegar a niveles seguros, señala Slocum.

El almacenamiento con hidrobombeo ya se utiliza ampliamente en Suiza, por ejemplo, y un sistema que emplea agua de mar se ha utilizado con éxito durante años en Okinawa, Japón. Por su parte, las plantas de ósmosis inversa se utilizan en varias zonas áridas del mundo. “No existiría el moderno Oriente Medio sin la ósmosis inversa”, señaló Slocum.

La idea de combinar los sistemas eléctrico e hidráulico no es nueva. Slocum explicó que un investigador japonés que trabajaba para las Naciones Unidas creó el concepto en la década de 1970, pero no prosperó ya que en ese momento los combustibles fósiles eran económicos, las energías renovables eran costosas y el cambio climático era un problema menos urgente. En la actualidad, señala Slocum, las circunstancias son muy diferentes. “Si el mundo no evoluciona rápidamente hacia una sociedad sustentada con fuentes de energía renovables, estaremos perdidos sin importar lo ricos que seamos”.


Potencial para las Américas

Varios lugares de las Américas poseen las características naturales necesarias para operar un sistema electro-hidráulico integrado. “Cualquier región costera con una montaña cercana podría ser un lugar viable”, señaló Enrique Shadah, que trabaja en el Laboratorio Mundial de Educación Abdul Latif Jameel del MIT y que ha ayudado a Slocum a conectarse con personas ajenas a la universidad para crear consciencia sobre este tema.

En teoría, la montaña o el acantilado no necesitarían estar junto al océano —la tubería para transportar el agua desde el mar hasta la cima podría ser más extensa— pero “cuanto mayor sea la distancia entre el depósito y la orilla, mayor será el costo”, señaló Shadah en una entrevista.

Los posibles lugares que Slocum y sus colegas han identificado son, sin ningún orden en particular, el norte de Chile; las zonas cercanas a Los Ángeles, California; Baja California, México; las islas Lanai y Maui en Hawái; Lima, Perú; la isla Española y otras islas montañosas del Caribe; y zonas cercanas a Río de Janeiro, Brasil.

Slocum mencionó un proyecto que se quiere realizar cerca de Iquique, Chile, donde la compañía Valhalla está buscando fondos para financiar un proyecto de hidrobombeo llamado Espejo de Tarapacá. La compañía realizó un video disponible en línea que muestra las condiciones ideales para la instalación de la planta, un acantilado junto al océano Pacífico y la intensa radiación solar del Desierto de Atacama.

“Nuestra investigación muestra que Chile cuenta con las mejores condiciones de las Américas para el almacenamiento de agua de mar bombeada”, dijo el gerente general de Valhalla, Juan Andrés Camus en un mensaje de correo electrónico, agregando que la empresa está analizando la posibilidad de instalar una planta de desalinización en un embalse superior.

Mientras tanto, señala Slocum, una compañía de California llamada Oceanus Power & Water LLC ha estado trabajado en la construcción de un sistema integrado —un concepto parecido al que Slocum describe, pero desarrollado de manera independiente— en el noroeste de México.

En una entrevista telefónica, Neal Aronson, Gerente General de Oceanus, declaró que la compañía ha elegido un área del estado de Sonora, en el Mar de Cortés (también conocido como golfo de California). Además, está por iniciar un detallado estudio de factibilidad, seguido por un proceso de autorización.

A pesar de haberse negado a dar detalles, Aronson señaló que la planta prevista podría almacenar más de 200 megavatios y producir más de 180 millones de litros de agua dulce por día. Es la solución lógica para un lugar como Sonora, donde abunda la energía solar, la población está en crecimiento y la escasez de agua impide el futuro crecimiento económico, declaró. “Para México es esencialmente un problema de desarrollo económico.”

Esta clase de sistema brinda una solución al problema del almacenamiento de energía de una manera más amigable para el medio ambiente que las baterías, señaló Aronson, y utiliza una tecnología comprobada. Además, al ubicar e integrar los sistemas de almacenamiento de energía y de destilación en un mismo lugar, genera importantes ahorros en gastos operativos y de capital.

Aronson comentó que ha estado trabajando con una importante empresa de ingeniería para crear diseños que puedan adaptarse tanto a las necesidades de zonas con una gran población urbana como a pequeños Estados. El sistema puede diseñarse de diferentes maneras según la necesidad primordial: agua dulce o almacenamiento de energía.

Aunque todo esto sea lo más lógico, cuesta dinero —probablemente mucho dinero— y en general, los inversores conservadores no quieren ser los primeros. “El desafío es que nadie lo ha hecho antes”, señaló Aronson.

Sin embargo, cree que la idea tiene potencial. “En cualquier lugar donde haya una gran población costera en una zona semiárida, esta es una solución viable e importante”, concluyó.

Por su parte, Slocum no desea hablar sobre el posible costo de un proyecto IPHROS y subraya “soy ingeniero, no me dedico a las finanzas”. Sin embargo, indicó que el proyecto más pequeño y económicamente viable constaría de un sistema de unos 100 megavatios que suministraría electricidad a casi 100.000 personas y 500 litros de agua dulce por persona al día.

En un artículo del MIT publicado el año pasado sobre el concepto IPHROS se decía que el costo estimado es de entre $5.000 y $10.000 por persona; es decir, un sistema de 100 megavatios costaría entre $500 millones y $1 mil millones e incluiría el equipo de bombeo y ósmosis inversa, así como los sistemas de energía solar y eólica.

“Todos dicen que es demasiado dinero, pero pensándolo bien este sistema nos brindaría energía renovable las 24 horas del día y agua para siempre”, declaró Slocum.

Impulsado por la necesidad de actuar ante el cambio climático, le impacientan los obstáculos económicos. “La mejor inversión a largo plazo para nosotros y para nuestros hijos y nietos es salvar el planeta. Además, podemos hacerlo sin sacrificar nuestra calidad de vida”, señala.

Tecnológicamente, señaló Slocum, nada impide la realización de un proyecto como este porque las diferentes partes que lo integran ya están hechas. “Tenemos la tecnología y la capacidad económica e industrial para hacerlo”, señaló.

Slocum sostuvo que publicó un artículo en 2016 para difundir estas ideas más ampliamente y generar el mayor interés posible. (El artículo se puede descargar de forma gratuita en el siguiente enlace. No está interesado en trabajar de forma directa con empresas, ni obtener beneficios económicos de ningún proyecto. “No me opongo a que la gente cree empresas y gane dinero haciéndolo. Es genial. Dios los bendiga. Todos nos beneficiaremos al brindar nuestra ayuda para salvar el planeta”, concluyó.