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Desalinización de Aguas. Casos de España e Israel1
La desalación es el proceso por el cual el agua de mar, que contiene 35.000 partes
por millón (ppm) de sales, y las aguas salobres, que contienen de 5.000 a 10.000
ppm, se convierten en agua apta para el consumo productivo, humano e industrial.
Las tecnologías de más amplio uso son destilación térmica o solar, electrodiálisis y
osmosis inversa (OI).
España tiene una capacidad instalada de más de 900 plantas generando
aproximadamente 5.249.536 m3 /día. España ha demostrado que la desalación es
una alternativa viable y competitiva con un costo estimado de agua desalada en
0,40-0,60 €/m3 ($265-$400/m3). En España las plantas desaladoras modulares
generalmente usan OI y tienen costos aproximados de 11.500 euros por 9 m3 /día;
de 32.000 euros por 28m³/día de; de 68.000 euros por 130m³/día y de 150.000
euros por una de 400m³/día.
La desalación en Israel aporta el 10% del agua consumida, sin embargo, para el
2012 supondrá cerca del 30% del total2. Este país posee la planta de Ashkelon, la
más grande del mundo y que usa OI, produce agua potable a un costo aproximado
de $0.52 dólares por m3.
Tabla de Contenido
Introducción .................................................................................................. 1
I. Desalinización de agua de mar .................................................................... 2
II. Tecnologías de desalinización ...................................................................... 2
III. Tecnologías de desalación en España e Israel ................................................ 4
1.
España ................................................................................................ 4
2.
Israel .................................................................................................. 5
IV. Plantas modulares desaladoras: costos energéticos y económicos .................... 5
Introducción
La dificultad de acceso al agua fresca o dulce en algunos lugares del mundo ha
llevado a la necesidad de extraer y usar agua de mar, previo tratamiento de
extracción de las sales o desalinización, para satisfacer esa necesidad básica.
Este documento aborda el desarrollo de tecnologías de desalinización o desalación
de agua de mar, además de analizar los usos y desarrollos de estas tecnologías
1
Contacto: Enrique Vivanco Font. En colaboración con Pablo Morales, Leonardo Arancibia. Asesoría
Técnica Parlamentaria BCN. Anexo 3195, evivanco@bcn.cl Área RRNN, Ciencia y Tecnología.19-08-2011.
2
Disponible
en:
http://www.delacole.com/cgiperl/medios/vernota.cgi?medio=comunidades&numero=467&nota=467-6 (Agosto, 2011).
2
Israel y España. Finalmente se verá el desarrollo de equipos modulares de
desalación. La información se obtiene de Organismos Nacionales e internacionales
tales como Asociación Internacional de Desalación (IDA, por sus siglas en inglés) y
Comisión Nacional de Riego, y otros documentos que aborden el desarrollo de estas
tecnologías.
I.
Desalinización de agua de mar
El Consejo de Ministros para la Comisión Nacional de Riego en el Manual para el
Desarrollo de Grandes Obras de Riego3 define la desalinización o desalación como
“el proceso por el cual el agua de mar, que contiene 35.000 partes por millón (ppm)
de sales, y las aguas salobres, que contienen de 5.000 a 10.000 ppm, se convierten
en agua apta para el consumo productivo, humano e industrial”. Es decir, la
desalinización expresada en cifras, se puede entender como bajar las sales disueltas
de 38.000 mg/L (agua de mar) a menos de 500 mg/L (agua potable).
La desalinización es un procedimiento conocido desde la antigüedad, y que se viene
realizando por medio de la evaporación. Durante el siglo XVI se realiza mediante la
destilación en las embarcaciones árabes4. Posteriormente en el siglo XVIII comienza
el uso de membranas (osmosis a través de membranas naturales) para filtrar las
sales del agua de mar5.
En general, un dispositivo desalinizador separa esencialmente agua salada en dos
corrientes: una con una baja concentración de sales disueltas (la corriente de agua
fresca) y la otra contiene la salmuera (solución concentrada de sales). Estos equipos
requieren energía para operar y pueden usar un gran número de diferentes
tecnologías combinadas para lograr la separación6:
II.
Tecnologías de desalinización
Los procesos técnicos de desalación de aguas marinas o salobres continentales
utilizados son:
a)
Destilación Térmica: conocida también como Destilación solar y que consiste
en transformar el agua en vapor para luego condensarla y separarla de la sal. Se
usa para tratar grandes volúmenes de agua (55.000 m3) con altas concentraciones
3
Consejo de Ministros para la Comisión Nacional de Riego 2011. Manual para el Desarrollo de Grandes
Obras
de
Riego
Disponible
en
http://www.cnr.gob.cl/incjs/download.aspx?glb_cod_nodo=20110427105326&hdd_nom_archivo=Manual
%20para%20el%20desarrollo%20de%20grandes%20obras%20de%20riego.pdf (Julio, 2011)
4
Gabbrielli E.2010. El desarrollo y el estado actual de los procesos El desarrollo y el estado actual de los
procesos de desalinización y el rol de la International Desalination Association (IDA) II Seminario
Internacional
de
Desalación
en
Antofagasta.
Disponible
en:
http://www.desalchile.cl/documentos/PDF/10.pdf (Julio, 2011).
5
Ibíd.
6
Alden d. 2004. Evaluación Económica de un Tren de Tratamiento de Agua Residual para la UDLA-P
Disponible en: http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lic/alden_a_df/indice.html (Julio 2011)
3
de sal (sobre 30 gramos por litro)7. Tiene dos variantes según el uso de la energía
del sol directamente o por células solares8. Esta tecnología es adecuada para
pequeñas comunidades en regiones áridas o semiáridas.
b)
Compresión de vapor: utiliza un compresor adiabático9 que consigue dos
sectores de diferentes presiones, de tal manera que se genera un flujo de vapor
desde el sector de mayor presión y temperatura de condensación hacia el inferior,
lugar donde se produce la condensación y posterior separación de las sales del
agua10.
c)
Congelación: el agua salina se ve sometida a diversos sistemas de
refrigeración para posteriormente evaporarla a baja presión en un cristalizador al
vacío. Así se obtienen cristales de hielo mezclados con cristales en salmuera que
pueden ser separados mediante procesos mecánicos11.
d)
Electrodiálisis: es uno de los métodos de mayor uso, junto a la destilación
térmica y osmosis inversa, y consiste en la separación iónica a través de una serie
de membranas situadas sucesivamente y separadas por milímetros entre sí. La
aplicación de campos eléctricos genera la migración de iones que pasan por estas
membranas que actúan como tamices de las sales12.
e)
Ósmosis inversa: esta tecnología aplica presión mecánica logrando así
contrarrestar la presión osmótica natural13, de forma que el agua fluye desde una
zona con mayor concentración de sales a una de menor concentración hasta obtener
agua pura14.
A nivel mundial, la relación de importancia entre los distintos sistemas de desalación
actualmente está liderada por la ósmosis inversa, con un 59%, seguida de la
evaporación por múltiple flash con un 27% y destilación por múltiple efecto con un
9%15.
Las principales aplicaciones y usos a los que se ha destinado el agua producida por
todas estas instalaciones se ha repartido en los siguientes sectores: 68% para
municipios y 22% para entidades industriales. El agua desalada también se ha
7
Tecnologías
de
aprovechamiento
de
aguas.
Disponible
en:
http://www.bcn.cl/carpeta_temas/temas_portada.2005-12-27.4449440028/area_2.2006-0131.8510930454 (Agosto, 2011).
8
Desalación
por
Destilador
y
Osmosis
Inversa.
Disponible
en:
http://www.acquamatter.com/desalacion_del_agua.htm (Agosto, 2011).
9
Principio adiabático al introducir el gas en el cilindro por las válvulas de entrada, se retiene y comprime
en el cilindro y sale por las válvulas de descarga, en contra de la presión de descarga.
10
Op.cit. Desalación por Destilador y Osmosis Inversa.
11
Ibíd.
12
Ibíd.
13
Osmosis natural: presión ejercida por las partículas del disolvente en una disolución sobre la
membrana semipermeable que la separa de otra de mayor concentración.
14
Op.cit. Desalación por Destilador y Osmosis Inversa.
15
Ibíd.
4
empleado en la industria energética (5%), agricultura (2%) y en la industria
turística y militar16.
III.
Tecnologías de desalación en España e Israel
1. España
La desalación en España comienza en la Isla de Lanzarote en el archipiélago de las
Canarias en 1964, para luego extenderse a otras zonas de ese país como las
comunidades autónomas Balear, de Valencia, Murcia y Andalucía17.
La tecnología dominante, en la época del establecimiento de las primeras plantas
desaladoras, era la de evaporación. En la década de 1980, con la aparición de las
membranas capaces de producir agua dulce a través del proceso de ósmosis
inversa, empieza el desarrollo y la imposición de esta tecnología en España. A partir
de la década de 1990, las instalaciones de ósmosis inversa se han consolidado en el
país.
España cuenta con una capacidad instalada de más de 900 plantas, con esto
produce aproximadamente 5.249.536 m3 /día, lo cual lo ubica en el cuarto lugar a
nivel mundial después de EE.UU18. Para 2006, el 70% de la producción de agua
desalada se obtenía de agua de mar y un 30% de aguas salobres (acuíferos en
contacto directo con el mar o acuíferos aislados)19.
Según la Asociación Española de Desalación y Reutilización (AEDyR)20 el uso del
agua desalada está destinado principalmente al sector doméstico (55%), seguido
por el agrícola (22%), industrial (19%) y turístico (4%). Por otra parte, el costo del
agua desalada en España ha evolucionado desde la década de 1990, en que se
encontraba en 1 €/m3, hasta alcanzar los 0,5 €/m3 en al año 200021.
Estudios realizados para determinar el costo del agua generada por desalación en
España han demostrado que la desalación es una alternativa viable y competitiva. Al
respecto, se ha estimado el costo del agua desalada en 0,40-0,60 €/m3 ($265$400/m3)22. Al comparar con la experiencia chilena donde se muestra un costo
estimado de US$ 1,5 /m3 ($715/m3), según datos asociados a la producción de la
16
Op.cit. Gabbrielli E.2010. El desarrollo y el estado actual de los procesos El desarrollo y el estado
actual de los procesos de desalinización y el rol de la International Desalination Association (IDA).
17
Desalinización
en
España.
Disponible
en:
http://www.spainbusiness.com/icex/cma/contentTypes/common/records/viewDocument/0,,,00.bin?doc=
4146280 (Agosto, 2011).
18
Ibíd.
19
Ibíd.
20
Disponible en: http://www.aedyr.es/index.php (Agosto, 2011).
21
Estevan, A. 2008. Desalación, Energía y Medioambiente. Fundación Nueva Cultura del Agua. Panel
Científico-técnico de seguimiento de la política de aguas. Convenio Universidad de Sevilla-Ministerio de
Medio Ambiente. Disponible en: http://www.unizar.es/fnca/varios/panel/32.pdf (Agosto, 2011).
22
Op.cit. Consejo de Ministros para la Comisión Nacional de Riego 2011.
5
Planta Coloso en el norte del país, se constata que todavía los costos son algo más
elevados en Chile23.
2. Israel
El abastecimiento de agua previa desalación aporta el 10% del agua consumida en
el Israel. Sin embargo, para el 2012 supondrá cerca del 30% del total24. Israel
cuenta con unas 30 plantas de desalación, la mayoría de ellas en el área de Eilat.
Las más grandes utilizan el proceso de osmosis inversa para tratar 27.000 m3
diarios de agua salobre, supliendo así la mitad de la demanda de Eilat25.
Actualmente, toda el agua salobre disponible en la región de Eilat-Aravá es
desalada.
Israel entró en el campo de la desalinización con la invención de la desalinización
por congelación al vacío en los años 1960. Desde entonces, compañías israelíes han
elegido utilizar diversas técnicas, incluyendo la de ósmosis inversa, para mejorar
constantemente su eficiencia.
En Israel se ha desarrollado la planta de desalinización de agua marina por ósmosis
inversa (SWRO, por sus siglas en inglés) más grande del mundo. Esta planta,
ubicada en Ashkelon, tuvo un costo de $250 millones de dólares y produce
anualmente 100 millones de m3 de agua potable que es tomada desde el Mar
Mediterráneo26. La planta de Ashkelon produce agua potable a un costo aproximado
de $0.52 dólares por m3, el costo más bajo para una planta de su clase respecto a
su tamaño27.
IV.
Plantas modulares desaladoras: costos energéticos y económicos
La tecnología de Osmosis Inversa (OI) es la alternativa comúnmente elegida en el
desarrollo de plantas modulares desaladoras, debido a su capacidad probada para
cubrir la totalidad de las necesidades cuantitativas y cualitativas solicitadas28.
En el caso de España, Las desaladoras modulares29 de OI suelen instalarse –
generalmente de uso industrial- para tratar aguas subterráneas (de elevada
concentración en sales) u otras superficiales, con alto contenido en nitratos debido a
23
24
Ibíd.
Disponible
en:
http://www.delacole.com/cgiperl/medios/vernota.cgi?medio=comunidades&numero=467&nota=467-6 (Agosto, 2011).
25
Disponible
en:
http://www.mfa.gov.il/mfaes/facts%20about%20israel/el%20crnico%20problema%20del%20agua%20e
n%20israel (Agosto, 2011).
26
Agua la experiencia israelí. Israel New Tech. Ministerio de industria, comercio y trabajo. Disponible en:
http://www.moit.gov.il/NR/rdonlyres/294DD575-9881-42C1-8DFC898045320EFB/0/NEWTechbrochureSPANISH.pdf (Agosto, 2011).
27
Ibíd.
28
Diseño modular para grandes desaladoras por ósmosis inversa. Posibilidades técnicas y económicas.
Ingeniería
Química,
Junio
2006.
Disponible
en:
http://www.infoambiental.es/html/files/pdf/amb/iq/437/01ARTICULOJUN.pdf (Agosto, 2011).
29
Desde plantas pequeñas de 200 m3/día hasta plantas con una producción de 3000 m3/día.
6
la contaminación difusa (fertilizantes o explotación extensiva de ganado), en ambos
casos con fines de potabilización.
El agua producida por desalación es equivalente a la bidestilada; es decir, cercana a
la químicamente pura. El agua pura no es potable ya que necesita que le sean
agregadas sales, indispensables para el desarrollo de los fenómenos biológicos del
organismo humano30.
Los costes de desalación para equipos modulares se pueden agrupar en costes fijos,
de los cuales sobresale el coste por amortización de instalaciones, que llega hasta el
37% del coste/m3, y costes variables, en donde el principal es el coste en energía,
que supone el 43%31.
El consumo energético específico de la desalación por OI tiene un valor actual que
está alrededor de los 3,5 kWh/m3 32.
La exigencia de trabajar desalando agua de mar, en vez de agua subterránea, es
mayor y se traduce en un mayor costo energético. Así, para conseguir el paso del
agua marina a través de las membranas se necesita trabajar a una presión
aproximada de 70 kg/cm², mientras en el agua subterránea o superficial oscila
entre 4 y 12 kg/cm² , dependiendo del contenido en sales33.
Vega señala, para el caso de España, el costo aproximado de las plantas de 9 m3
/día es de €11.500, el de una de 28m³/día de €32.000, el de una de 130m³/día de
€ 68.000 y el de una de 400 m³/día de €150.00034. En general desalar agua
subterránea con un contenido medio de sales cuesta 0,36 €/m³ (12 kg/cm² de
presión de trabajo), mientras que agua proveniente de fuentes superficial cuesta
0,12 €/m² (4kg/m²)35.
Plantas desaladoras modulares en Argel36
SETA (Sociedad Española de Tratamiento del Agua), está suministrando plantas
desaladoras modulares de agua de mar de 2.500 m3/día cada una, que están
siendo instaladas en zonas urbanas de la periferia del área metropolitana de Argel.
Las 5 estaciones instaladas con una capacidad total de 12.500 m3/día de producción
de agua desalada esperan abastecer de agua potable a una población de 150.000
habitantes.
30
Vega, C. (2007). Pequeñas desaladoras. Una alternativa a problemas de calidad del agua. Revista
Medioambiente
56.
Disponible
en:
http://www.juntadeandalucia.es/medioambiente/contenidoExterno/Pub_revistama/revista_ma56/ma56_
26.html (Agosto, 2011).
31
Ibíd.
32
Op.cit. Diseño modular para grandes desaladoras por ósmosis inversa. Posibilidades técnicas y
económicas.
33
Op.cit. Vega, C. (2007). Pequeñas desaladoras. Una alternativa a problemas de calidad del agua.
34
Ibíd.
35
Ibíd.
36
Disponible
en:
http://noteswww.grundfos.com/web/homees.nsf/Webopslag/F170D219458D82B4C1256D0900574D2C
(Agosto, 2011).
7
El costo del metro cúbico de agua potable obtenido a partir de estas plantas
modulares es similar al de las plantas convencionales de mayor tamaño e inversión.
Sin embargo, el corto plazo de entrega, menos de 10 semanas y su rápida
instalación dan una gran ventaja competitiva a este tipo de plantas.
Las plantas modulares, desarrolladas por SETA, posibilitan la movilidad o cambio de
ubicación y el funcionamiento de varias líneas en paralelo, representan una
importante alternativa de potabilización a municipios, organismos nacionales e
internacionales, industria, hoteles y sector agrícola.
8