Un nuevo récord mundial en eficiencia energética en una planta de SWRO subraya el enorme potencial de actualizar las plantas de desalación existentes con la mejor tecnología de su clase

Al mismo tiempo que el crecimiento de la población, la industrialización y la agricultura se combinan a la hora de aumentar la demanda de agua dulce, el suministro de agua potable es cada vez más escaso en muchos núcleos de población de todo el mundo. El agotamiento de los acuíferos y los cambios en los patrones de precipitaciones provocados por el clima agravan lo que ya es una situación crítica. Por lo tanto, para muchas comunidades que se enfrentan a la escasez de agua, la desalación de agua de mar ya es una fuente esencial de agua dulce. De hecho, las previsiones del sector indican un crecimiento futuro significativo.

Aunque el agua de mar es abundante, la desalación tiene un coste: la energía. Los costes económicos de este consumo de energía limitan una adopción más generalizada de la desalación, especialmente en algunas de las comunidades que más la necesitan. Además, a medida que el mundo avanza hacia las cero emisiones netas de carbono, los costes medioambientales de este consumo de energía son un factor que afecta a las comunidades que necesitan el agua y que sus legisladores deben tener en cuenta.

Afortunadamente, la historia de la desalación también está repleta de innovaciones en materia de eficiencia energética. Desde que las primeras plantas térmicas y las plantas de ósmosis inversa de agua de mar (SWRO) de primera generación entraron en funcionamiento, el consumo de energía ha disminuido drásticamente. La mayor parte de esta optimización implica el suministro de la alta presión que impulsa las plantas SWRO de forma más eficiente desde el punto de vista energético. Ahora, un nuevo récord mundial en materia de eficiencia energética en las plantas de SWRO apunta a una oportunidad histórica para hacer que la desalación sea más accesible para un mayor número de personas y reducir su huella de carbono.

El nuevo récord mundial en eficiencia energética en plantas de SWRO merece más atención

A principios de mayo de este año, los investigadores de España alcanzaron un nuevo récord mundial en eficiencia energética en una planta de SWRO cuando DESALRO 2.0, una planta experimental a gran escala, rompió la barrera del consumo de energía específico (SEC) de 2,0 kWh/m³. El nuevo récord de SEC de 1,861 kWh/m³ lo estableció DESAL+ LIVING LAB, un ecosistema público-privado de innovación en el campo de la desalación de agua de mar ubicado en las Islas Canarias. Financiada por el programa REACT-EU de la UE, la iniciativa DESALRO 2.0 se ejecutó de noviembre de 2021 a mayo de 2023.

Siguiendo los criterios de diseño previo del Instituto de Tecnología de las Islas Canarias (ITC), el proyecto DESALRO 2.0 presentó una licitación centrada en sistemas hidráulicos, eléctricos y de automatización para optimizar la eficiencia energética. Los criterios del ITC se basan en las mejores tecnologías de su clase con el impacto más significativo en la eficiencia energética de la planta de SWRO, específicamente los tres componentes más relacionados con la alta presión. En consecuencia, el ITC especificó que:

• Las bombas de alta presión debían ser bombas de desplazamiento positivo, el tipo de bomba que es, por si misma, más eficiente energéticamente. Esto es importante porque las bombas de alta presión consumen el 70 % de la energía típica de una planta de SWRO.
• Los dispositivos de recuperación de energía (ERD) que capturan y reutilizan la presión deben utilizar la tecnología isobárica, ya que esto ayuda a la planta a alcanzar un SEC más bajo.
• Las membranas que separan los sólidos deben ser de tipo híbrido y altamente eficientes, capaces de aumentar el flujo de permeado, reducir las incrustaciones y ofrecer un alto nivel de rechazo al boro.

Para obtener más información sobre las ventajas de eficiencia energética de las bombas de desplazamiento positivo en comparación con las bombas centrífugas, consulte este artículo en Bombas y sistemas.

El impacto del avance obtenido por DESALRO 2.0 podría ser enorme para un mundo sediento que también necesita descarbonizarse

 El éxito de DESALRO 2.0 supone un avance significativo en la mejora de la eficiencia energética de las plantas de SWRO. Esta innovación pone de relieve el enorme potencial de descarbonización de las plantas de aguas residuales existentes mediante la realización de actualizaciones con la tecnología más eficiente ya ampliamente disponible.

Es importante destacar que los resultados de la planta de pruebas de DESALRO son escalables a una amplia gama de plantas de SWRO y ya se pueden replicar en muchas situaciones en todo el mundo. Los trenes que utilizan desplazamiento positivo y operan con una eficiencia de al menos el 88 % a capacidades entre 5000 y 10 000 m³ /día pueden lograr resultados similares de SEC. Las bombas de desplazamiento positivo de Danfoss, la gama APP, funcionan con eficiencias superiores al 90 % y pueden ofrecer esta capacidad.

Las ramificaciones del récord mundial son significativas. Las nuevas plantas de SWRO que funcionan con esta eficiencia serían menos costosas de operar y tendrían una huella de carbono menor de lo que sería la norma actualmente, lo que haría que esta fuente de agua dulce estuviera disponible para el número cada vez mayor de personas que se enfrentan a la escasez de agua. Al mismo tiempo, la actualización de las plantas de desalación existentes para que sean tan eficientes energéticamente como sea posible desde el punto de vista tecnológico se traduciría en un enorme ahorro en costes de electricidad y emisiones de GEI.

Actualización de las plantas existentes para ser más eficientes energéticamente: Una estrategia esencial para la descarbonización de las plantas de SWRO

Históricamente, las primeras plantas de desalación que utilizaron la destilación térmica conseguían un SEC de hasta 27 kWh/m³, aproximadamente un 1400 % superior al nuevo récord mundial. Las generaciones posteriores de plantas de SWRO son mucho más eficientes energéticamente, aunque la mayoría de las plantas de SWRO existentes siguen teniendo SEC significativamente más altos de lo que es posible tecnológicamente. Esto se puede y se debe cambiar.

Como calculamos en uno de nuestros blogs, si todas las plantas de desalación existentes en todo el mundo se modernizaran para funcionar a 2,0 kWh/m³, el ahorro potencial sería enorme:

• Ahorro de energía: 247 TWh, lo que equivale al consumo total de electricidad de España en 2020
• Ahorro económico: 34 500 millones de euros, suficiente para construir siete parques eólicos del tamaño del Proyecto Hornsea 1
• Reducción de las emisiones de carbono: 111 millones de toneladas métricas de CO₂, lo que supera las emisiones anuales de Bangladesh

Según Georg Herborg Enevoldsen, director de innovación de Danfoss HPP, la actualización de las plantas de SWRO más antiguas y menos eficientes suele contribuir a la descarbonización y a la reducción de los costes operativos, aunque cada caso empresarial relacionado con estas las actualizaciones debe considerarse individualmente. «Si la planta de desalación existente ya es bastante eficiente desde el punto de vista energético, el periodo de amortización puede ser demasiado largo. Sin embargo, el reacondicionamiento de plantas con un SEC superior a 2,5-3 kWh/m³ siempre sería una buena inversión económica y medioambiental».

La mayoría de los expertos en SWRO coinciden en que la principal barrera para la actualización es la falta de implementación de análisis precisos de costes y beneficios.

Aunque las reducciones de los gastos operativos (OPEX) y de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) son claras, la financiación de los gastos de capital necesarios (CAPEX) puede ser un elemento disuasorio. Sin embargo, con la creciente presión normativa y el potencial de fijación de precios del carbono, los incentivos para las actualizaciones energéticamente eficientes están aumentando. Las subvenciones públicas pueden desempeñar un papel fundamental a la hora de acelerar este proceso.

Las iniciativas legislativas que apoyan la descarbonización pueden acelerar la transición ecológica de las plantas de SWRO

Los gobiernos de todo el mundo están dedicando una cantidad importante de fondos a los esfuerzos de descarbonización. Por ejemplo, el Pacto Verde de la Unión Europea dirige recursos significativos hacia las tecnologías sostenibles. Aunque estos programas no se centran específicamente en la eficiencia energética de las plantas de SWRO, la actualización de plantas relativamente ineficientes debería estar dentro de su ámbito de aplicación.

Europa, especialmente sus regiones meridionales, se enfrenta a una creciente escasez de agua. La desalación desempeña un papel crucial en este sentido, y la transición hacia plantas de SWRO de alta eficiencia puede reducir significativamente el consumo de energía y las emisiones de carbono. Con su presupuesto de 1 billón de euros para inversiones sostenibles y fondos adicionales del presupuesto por valor de 800 000 millones de euros del programa NextGenerationEU, la Unión Europea ha comprometido una gran cantidad de fondos para proyectos que se alinean con los objetivos de neutralidad en materia de emisiones de carbono. Creemos que la actualización de las plantas de desalación ineficientes se ajustaría perfectamente a estos objetivos.

Adopción de la innovación ahora para ahorrar energía, costes y emisiones de GEI más adelante

Adoptar la mejor tecnología de su clase tan pronto como sea económicamente viable es fundamental para los operadores de desalación que buscan mejorar la eficiencia, disminuir los costes y reducir su huella medioambiental.

El logro de DESALRO 2.0, que solo utilizó componentes ya ampliamente disponibles, subraya el potencial de ahorro significativo de energía, costes y CO2 que podría generar la actualización de las plantas de desalación existentes. Al adoptar la tecnología más reciente, los responsables de la toma de decisiones pueden transformar la desalación en una solución más sostenible para combatir la escasez de agua y, al mismo tiempo, contribuir a los esfuerzos globales de descarbonización que respaldan los objetivos de iniciativas como el Pacto Verde Europeo.

Para obtener más información sobre el papel de Danfoss en el avance hacia soluciones energéticamente eficientes, visita Danfoss HPP para obtener información sobre bombas de pistón axial y dispositivos de recuperación de energía isobárica, y Descarbonización de Danfoss para obtener información sobre los compromisos y actividades del Grupo a la hora de reducir las emisiones de GEI.