Se prevé que la escasez de agua dulce aumente en nuestro futuro más caluroso y concurrido. Ya, 150 países desalan el agua de mar, utilizando combustibles fósiles.

Pero abastecer una necesidad básica cada vez mayor con combustibles no renovables crea una amenaza creciente, según el Dr. Diego-César Alarcón-Padilla, quien dirige SolarPACES Task VI en la Unidad de Desalación Solar de la Plataforma Solar de Almería (PSA).

“Hoy en día no existe una desaladora de gran capacidad que esté funcionando con energías renovables” dijo el Dr. Alarcón-Padilla. "No hay ninguno."

"Con la desalación introducimos un nuevo consumidor de energía. Con el cambio climático, y el aumento de la población humana, y la contaminación de los recursos hídricos actuales, año tras año necesitamos cada vez más agua dulce, " él dijo.

"La desalación necesita energía. Y hoy ya estamos en el límite en el uso de fuentes fósiles, solo por demanda recurrente. Si nos tomamos en serio el cumplimiento de nuestros compromisos de París de mantener la temperatura del planeta en un aumento de 2 ° C, debemos desalinizar con energía limpia ".

Con 16, 000 plantas desalinizadoras en todo el mundo y un aumento esperado del 15% en la desalinización a medida que el mundo se calienta, Se necesita una política para impulsar la desalinización solar. El Dr. Alarcón-Padilla cree que la industria de la desalinización no cambiará sin un impulsor de políticas.

Aprenda de las políticas renovables

Se necesitó legislación para poner primero nuevas energías renovables como la solar y la eólica en las redes eléctricas. Los reguladores comenzaron a exigir que los generadores incluyan energía renovable a principios del siglo XXI. Los mandatos y los subsidios impulsaron la transición.

Para desarrollar ahora la desalación renovable, El Dr. Alarcón-Padilla propone la adopción de políticas similares. "Necesitamos algo así como una prima por metro cúbico de agua producida por esta planta de desalinización solar, o una garantía del estado de que van a comprar cada metro cúbico de agua "limpia" que requiera el público. Al igual que teníamos una tarifa de alimentación para la electricidad producida por plantas de energía renovable aquí en España ".

A precios corrientes, y dependiendo de las diferencias regionales, Él estima que la CSP (energía solar concentrada) podría entregar agua dulce de la desalinización por ósmosis inversa a alrededor de 80 centavos de dólar por metro cúbico, alrededor de 30 centavos más que la desalinización con combustibles fósiles.

Una vez que la política lo impulsó, Se desplegaron proyectos renovables y se desarrollaron cadenas de suministro. Los precios de las renovables cayeron. Ahora, muchos reguladores han establecido objetivos para la descarbonización total para 2050. Lo que parecía arriesgado inicialmente resultó no ser tan difícil. En muchas regiones, la energía solar y eólica es ahora la opción de bajo precio.

Lo mismo podría suceder en la desalación renovable:"Porque entonces comenzaremos a tener la experiencia y aprenderemos a lidiar con los recursos solares variables con desalación. Entonces comenzaríamos a tener las plantas de desalación solar de gran capacidad que necesitamos".

Él detalló los desafíos y oportunidades para una transición similar a la desalinización 100% solar.

Por qué la desalinización es una industria conservadora

La desalinización comenzó por primera vez en la década de 1950 en el árido Medio Oriente, con tecnologías de desalinización térmica impulsadas por abundante energía fósil.

"Arabia Saudita, Kuwait y Bahréin; toda su agua proviene de la desalinización. Solo tienen agua debajo durante unos días, para que no puedan permitirse el lujo de correr riesgos, " él explicó.

"Así que puedes imaginar, esta industria es muy conservadora, donde las reservas de agua son muy bajas. La población crece año tras año en los países árabes. Y el recurso de agua dulce no crece:no pueden darse el lujo de fallar en la implementación de una planta desalinizadora ".

El Golfo Arábigo es un mar cerrado, sin ríos de agua dulce que desemboquen en él, y las altas temperaturas aumentan la evaporación, aumentando aún más tanto la salinidad como la temperatura.

"Hay algunos lugares donde se pueden obtener alrededor de 45 o incluso 50 gramos por litro (g / L) de sal. Además, puede tener derrames de petróleo y floraciones de algas que podrían causar una falla en el sistema de pretratamiento de, por ejemplo, una planta de ósmosis inversa, " él dijo.

La desalinización térmica es una tecnología probada que se adapta bien a las duras condiciones del Golfo, pero desde un punto de vista energético es bastante ineficiente en comparación con la ósmosis inversa más extendida de la actualidad. Pero un agua de mar tan "difícil" puede dañar las membranas, detener una planta de ósmosis inversa:"Así que no van a abandonar por completo las tecnologías de desalinización térmica. Quieren tener ambas".

Cuándo combinar la desalinización térmica con CSP

Inicialmente se propuso la energía solar térmica como la más adecuada para los procesos de desalinización térmica, que esencialmente usan calor para evaporar el agua. Sin embargo, el calor para la desalación térmica se ubica necesariamente en el sitio de la planta desaladora, lo que crea un desafío.

"Hay dos problemas con las plantas de cogeneración basadas en CSP para la generación simultánea de electricidad y la desalinización térmica de agua de mar:corrosión del aire salado, y ese DNI en la costa no es tan bueno como en el interior. Entonces hay una penalización en los costos de electricidad y agua potable. La mejor opción para este escenario es ubicar la planta de CSP tierra adentro, lejos de los efectos ambientales salinos, y la planta de ósmosis inversa en la costa, " El lo notó.

La electricidad para la sesalinación por ósmosis inversa se puede transmitir desde lejos, pero el calor para la desalinización térmica no puede. Entonces, en este caso, La CSP parece estar mejor combinada con la ósmosis inversa, cuando las condiciones del agua de mar permitan el uso de esta tecnología sin problemas.

Para plantas de cogeneración CSP, La desalinización térmica es impulsada por el calor residual disponible en la salida de la turbina de vapor. La viabilidad de esta opción frente a la producción separada de electricidad y agua desalada (utilizando parte de esa electricidad) depende de dos factores:el grado de penalización en la producción de energía introducido al establecer un valor de presión más alto para el vapor a la salida de la turbina ( requerido por la planta de destilación térmica) y el costo de inversión específico de la unidad de destilación.

Por ejemplo, Las plantas de CSP enfriadas en seco producen agua en invierno a aproximadamente 50 ° C a 60 ° C en verano, cerca de la temperatura de entrada de 70 ° C que necesitan las unidades de desalación térmica (MED de baja temperatura).

En los últimos años, Se está realizando un gran esfuerzo de investigación para desarrollar nuevas superficies de intercambio de calor basadas en materiales poliméricos para plantas de destilación térmica. Tales desarrollos pueden reducir sustancialmente el impacto del costo de inversión en el costo final del agua dulce.

En el caso de las desaladoras termosolares autónomas, La CSP es la mejor opción para suministrar la energía térmica a una temperatura media requerida por configuraciones de alta eficiencia:destilación multiefecto con termocompresión, Destilación multiefecto acoplada a bombas de calor de absorción y nanofiltración + destilación multiefecto.

Por qué la CSP se combina mejor con la desalinización por ósmosis inversa (RO)

La tecnología de desalinización predominante en la actualidad utiliza un proceso en el que solo se utiliza electricidad, enviando energía durante todo el día para bombear agua a través de una serie de membranas para extraer el agua dulce a través de ósmosis inversa (RO).

"En la mayor parte del mundo, para aplicaciones de desalación a escala industrial, una planta de CSP acoplada a una planta de ósmosis inversa que utiliza electricidad para la planta de energía sería una mejor opción que acoplarla con desalinización térmica, " El lo notó.

"RO es más eficiente cuando tienes lo que llamamos agua" no difícil ", como en el mar mediterráneo, en el norte de África, e incluso en el Mar Rojo, donde la salinidad es un poco más alta, ", dijo." Por ejemplo, en el mar Mediterráneo, la salinidad es de sólo 35 gramos por litro (g / L) y no se tiene el problema de las condiciones cambiantes que podrían dañar las membranas ".

El consumo energético específico depende de la salinidad del agua. Cuanto mayor sea la salinidad, mayor será el consumo específico de energía:"Por ejemplo, en la máxima eficiencia, aquí en España, con una salinidad de entre 34 y 35 g / L, el consumo energético específico típico que necesita cada módulo de ósmosis inversa es de unos 3 kWh por metro cúbico de agua dulce producida ".

"Pero el Medio Oriente con mayor salinidad, 40 a 45 g / L, tiene un mayor consumo de electricidad, porque necesitas una presión más alta, por lo que normalmente necesitan hasta 4,5 kWh por metro cúbico ".

CSP + almacenamiento =100% desalinización solar

Alarcón-Padilla sostiene que la única desalinización verdaderamente 100% solar es con CSP, debido a su capacidad para suministrar energía firme de larga duración con almacenamiento de energía térmica (TES). Citando la planta Metito recientemente anunciada en Arabia Saudita, supuestamente alimentado por energía solar fotovoltaica, Señaló que cuando cae la noche, la planta cambiará a la red eléctrica.

"Para mí esto no es desalinización solar, ", dijo." La verdadera desalinización solar es cuando se enfrenta el desafío de lidiar con una fuente variable de energía como la solar. La CSP puede ofrecer un perfil muy plano. Tiene una ventaja debido a su capacidad de envío ".

"En principio, la fotovoltaica parece más barata, pero tienes el problema de la falta de capacidad de envío. La entrega de energía no es plana. Es variable a lo largo del día. Además, la energía fotovoltaica no tiene un almacenamiento barato disponible para una gran capacidad ".

La desalinización no se puede apagar cuando pasan las nubes, señaló. "Puede tener problemas de descamación en la membrana si sigue encendiéndola y apagándola.

Como resultado, cuando se propone PV, debe estar respaldado en la cuadrícula, resultando en mucho menos del 100% de desalinización solar:"Cuando esta planta de desalinización" solar "toma electricidad de la red, para mí, esto es solo una planta fotovoltaica que pone electricidad en la red "

El mismo problema se aplica a CSP sin almacenamiento, por supuesto. Al atardecer sin energía almacenada, La CSP también cambiaría a la red eléctrica. El almacenamiento también ayuda financieramente:"Desea mantener la planta de ósmosis inversa funcionando el máximo de horas para reducir el impacto del costo de inversión y el costo final del agua".

Pero hay más de un tipo de almacenamiento. Además del almacenamiento térmico de CSP, tanto él como la energía fotovoltaica pueden simplemente almacenar cualquiera de sus excedentes de "energía solar derramada" en agua dulce, aumento de la rentabilidad.

"Almacenar energía es muy caro, pero almacenar agua, solo en un tanque de agua normal, es muy barato, Alarcón-Padilla señaló. "Cuando la demanda eléctrica es baja se pueden poner en funcionamiento los módulos de desalación para producir más agua dulce".