5.3: “¿Qué tecnología del agua salvará a California de su larga y seca muerte?” Por Kiki Sanford

El oeste de Estados Unidos existe en un estado de ignorancia voluntaria sobre el agua. Despertar no será fácil, y va a ser caro.

---

El agua es complicada, especialmente en Occidente.

Desde hace años ha prevalecido la ignorancia voluntaria. Los proyectos de infraestructura permitieron que el agua fluyera en lugares que de otra manera no se encontraría. Aparentemente abundantes suministros permitieron que la agricultura floreciera. California corrió para convertirse en uno de los principales productores de frutas, verduras, frutos secos y vino. El agua brotó de los grifos, mantenida barata por la pura fuerza de voluntad política invertida en sostener un maravilloso espejismo de la abundancia de agua.

Claro, hemos experimentado dificultades de agua en el pasado. Una sequía de 1976-77 en California popularizó un proverbio que se atasca en la repetición en mi cabeza, como una molesta lombriz: “Si es amarilla, déjala suavizar; si es marrón, lámala”.

Una sequía a finales de la década de 1980 solidificó los hábitos de conservación del agua para muchos en el estado.

Con el tiempo, sin embargo, nos olvidamos de estas dificultades, porque es más fácil existir en la creencia de que nuestra agua siempre estará ahí cuando la necesitemos. Por lo que cuando la historia se repitió, la California de 2014 se sorprendió al encontrar un grave problema de agua en sus manos.

De pronto, se había ido. Los pozos se secaron. La gente empezó a robar agua. Las condiciones extremas de sequía, la disminución de las reservas de agua y la disminución de los acuíferos influyeron en la decisión del gobernador Brown de limitar aún más el uso del agua por parte de todos.

El mandato requiere que los californianos reduzcan el consumo de agua en un 20%. Además, las ciudades ahora pueden multar a los desechos de agua, y algunos locales están promoviendo la implementación de patios tolerantes a la sequía. ¿Este esfuerzo resolverá nuestros problemas de escasez de agua?

La respuesta corta es no. Aquí hay números para ayudarle a entender por qué:

California administra alrededor de 40 millones de pies acres (13 billones de galones) de agua dulce al año, y el uso urbano contribuye a solo alrededor de una quinta parte del total (alrededor de 9.1 millones de acres pies por año). Una reducción de 20% en el uso anual urbano afectará el total en aproximadamente 1.8 millones de pies acre-pies en todo el estado. El Instituto del Pacífico estima que el uso residencial urbano en realidad podría ser más eficiente por la friolera de 40-60%, y los negocios urbanos y las industrias podrían mejorar en un 30-60%. Aún así, si permitiéramos una reducción del 60%, solo ayudaría liberando 5.5 millones de pies acre-pies del gran total.

Según la NASA, sin embargo, el estado tiene un déficit de casi 34 millones de acre-pies de agua.

¿Cómo —una vez que terminemos de orar y bailar por la lluvia— podemos llegar a la diferencia? Tendremos que producirlo nosotros mismos.

No quiero decir que vamos a tener que producir agua de novo, como magia. Se trata de las aplicaciones adecuadas de la ciencia, a través de la ingeniería, para convertir el agua inutilizable en un suministro fresco.

Actualmente hay dos grandes áreas de tecnología en desarrollo y pidiendo la atención de los innovadores: la desalinización y la recuperación de agua. Ambos implican la separación del agua dulce de las cosas que la hacen inadecuada para usos humanos, como sales, contaminantes y desechos humanos.

La desalinización suele considerarse como el refinamiento del agua salada por las plantas construidas en las zonas costeras, mientras que la recuperación se ocupa de la purificación del agua que se ensució por uso humano o industrial. Los dos temas principales que afectan su uso e implementación son los costos y las preocupaciones ambientales.

Cuando se trata de desalinización, esas plantas que existen utilizan un proceso bien establecido, pero bastante antiguo, llamado ósmosis inversa, que fuerza el agua a través de una membrana de filtración permeable. La mayor parte del costo radica en la energía, generalmente suministrada en forma de costosa electricidad de la red eléctrica, requerida para mover el agua a través de esa membrana. Además, las membranas se ensucian, requieren limpieza con productos químicos y necesitan ser reemplazadas de forma regular, lo que aumenta sustancialmente el costo de funcionamiento de las plantas.

Luego está el producto de la desalación salada, llena de químicos, de la desalación a considerar. ¿A dónde va? A menudo se bombea de regreso al ecosistema costero, donde puede aumentar las concentraciones locales de sal mucho más allá del rango normal, pero hay otras opciones de eliminación de salmuera disponibles que dependen de las características específicas de la ubicación de una planta. También existen reglamentos para determinar que cualquier planta desalinizadora propuesta evalúa adecuadamente los efectos sobre la vida marina y el medio ambiente.

En la historia más reciente de California, la inversión en plantas desaladoras se ha enfrentado a una batalla cuesta arriba como resultado de costos generalmente bajos del agua en comparación con el costo del agua proporcionada por dicha instalación, auges periódicos en el suministro de agua y preocupaciones legítimas sobre los impactos ambientales.

Ahora que los costos del agua ahora se están disparando en muchas partes del estado, y los científicos predicen una mega sequía que podría durar 50 años o más, la mejora de la tecnología de desalinización vuelve a ser un tema candente.

Todos estos factores podrían influir en políticos e inversionistas para favorecer la desalinización a corto plazo.

Según Kristina Donnelly, investigadora asociada del Programa de Agua del Pacific Institute, con sede en Berkeley, CA, la desalinización solo es económicamente viable en tiempos de extrema escasez. La desalinización no se utiliza principalmente para la agricultura, que utiliza la mayor parte del agua de California. Dijo: “Algunas instalaciones pequeñas están procesando agua subterránea para la agricultura, pero las plantas grandes son demasiado caras”.

Donnelly continuó explicando que los agricultores pagan 100-200 dólares por acre-pie mientras que a las zonas urbanas se les cobra más de 1000-2000 dólares por la misma cantidad de agua. Enfatizó que los distritos residenciales a veces actúan por una sensación de miedo y urgencia durante las sequías cuando se beneficiarían más al enfocarse en la conservación y la medición. Firman contratos a largo plazo con proveedores de desalinización que los encierran para que paguen los costos de capital del agua que ya no necesitan cuando vuelve a llover. Hay ejemplos de plantas desaladoras que se construyen durante las sequías solo para cerrarlas unos años después.

El costo de la desalinización actualmente ronda los 2000 dólares por acre-pie, que se encuentra en el extremo más alto de lo que la gente paga en este momento, pero no completamente irrazonable a medida que el agua se vuelve cada vez más limitada. El avance de las tecnologías podría conducir a procesos de desalación más eficientes y asequibles, pero en este punto ninguna es comercializable ni comercial. Según la Sra. Donnelly, “la ósmosis inversa es el estándar de la industria, y la mejor opción”. Hasta que las tecnologías avanzan más allá de la etapa de demostración, son tan buenas como el aceite de serpiente.

Una compañía, WaterFX, tiene como objetivo proporcionar desalinización a escala comercial de aguas residuales agrícolas, y se basa en algo que no sea ósmosis inversa. Su tecnología de destilación termosolar es un nuevo giro en una vieja técnica que combina elegantemente la desalinización y la recuperación de agua. Usando el calor del sol, WaterFX ha sido capaz de aumentar la eficiencia de lo que es esencialmente un alambique solar concentrado mediante la implementación de destilación de múltiples efectos, o MED.

En MED, existen múltiples etapas, cada una llamada “efecto”, en las que se hierve el agua que pasa a través. El truco, con lo que WaterFX llama su tecnología Aqua4, es que utilizan la luz del sol para impulsar la destilación:

“El sistema es un alambique solar concentrado que utiliza grandes matrices solares para capturar la energía solar térmica del sol. El sol calienta el aceite mineral que luego fluye hacia el Sistema de Destilación Multiefecto (MED) que evapora el agua dulce del agua de origen”.

 

El Dr. Matthew Stuber, cofundador y director de ingeniería de sistemas de procesos para WaterFX, me dijo que el riego en áreas con mal drenaje del suelo conduce a la acumulación de sales en el suelo, potencialmente malo para los rendimientos de los cultivos. La solución, para muchos agricultores, es instalar tuberías de drenaje bajo tierra que desvíen el agua hacia estanques de evaporación. Se trabaja para mantener los suelos productivos, pero requiere grandes superficies de tierra para ir en barbecho. Estos estanques son en realidad un gran problema para los agricultores y los departamentos de gestión del agua debido a la acumulación concentrada de sal que puede ocurrir.

Con base en los resultados de su planta de demostración, el Dr. Stuber dice que son capaces de aislar las sales a través del proceso de destilación en una forma concentrada que puede salir del ambiente, y ser tratadas de otras maneras, incluyendo la fabricación de yeso. El proceso es capaz de recuperar 93% del agua de drenaje que ingresa al sistema como agua dulce, mientras que simultáneamente produce el “coproducto” de salmuera.

WaterFX acaba de anunciar que ampliará su planta piloto de demostración cerca de Firebaugh, CA en el Distrito de Agua de Panoche en una instalación de 35 acres con el potencial de crecer a 70 acres. Dicen que esta planta de HydroRevolution “en última instancia podrá generar hasta 5,000 acre-pies de agua al año, suficiente agua para 10,000 hogares o 2,000 acres de tierras de cultivo”.

El presidente de la compañía, Aaron Mandell, estima que con los avances esperados en su tecnología en los próximos cinco años, un área de tierra de dos millas cuadradas será suficiente para proporcionar 100 millones de galones de agua al día a un precio de apenas 450 dólares por acre-pie. Eso es una cuarta parte del precio de la desalinización estándar.

Y, esto es solo el comienzo para HydroRevolution. Se estima que hay casi un millón de acres pies de agua de drenaje en el Valle Central de California. Y, según el Dr. Stuber, WaterFX está buscando otras ubicaciones para su implementación. Describió los desafíos que enfrentan los estados insulares en lugares como el Caribe con la sequía, el aumento de los mares y la disminución de las aguas subterráneas frescas. A medida que se reducen las tiendas, el agua salada invade, lo que resulta en más agua potable salobre. Otro cliente potencial: los centros de datos, que requieren grandes cantidades de agua potable para enfriar los procesadores, y se beneficiarían de un reciclaje eficiente.

Dice Stuber: “Todo es un nuevo problema de diseño... Debido a que nuestra fuente de energía depende del clima local, cada ubicación obtiene un diseño diferente y una solución ligeramente diferente. Y eso es algo en lo que destacamos es dar soluciones óptimas para la ubicación, para el tipo de agua y asegurarnos de que nuestro énfasis esté siempre en ese componente renovable. Y, que las actividades que estamos haciendo no están contribuyendo al problema ambiental que estamos enfrentando”.

WaterFX también afirma apoyar una filosofía de código abierto. Están buscando activamente personas para contribuir a la investigación en esta área, para iterar sobre ella, y para impulsar el desarrollo de sistemas de mayor eficiencia aún más rápido. Es un modelo de negocio que podría tener un gran éxito cuando se ve a través de la lente de nuestro entorno.

En Estados Unidos, un esfuerzo concertado va en aumento para impulsar la innovación en todas las áreas de la tecnología del agua. Dos organizaciones, la Water Environment Federation (WEF) y la Water Environment Research Foundation (WERF) han creado un programa llamado LIFT, el Leaders Innovation Forum for Technology, que trabaja para obtener ideas de tecnología del agua desde la concepción hasta la comercialización.

En esa línea, California creó su iniciativa Innovation Hub (iHub) para llevar más tecnología al mercado en todo el estado. Adicionalmente, la Alliance for Coastal Technologies y una coalición de 10 agencias gubernamentales, organizaciones sin fines de lucro y universidades iniciaron un desafío para desarrollar un sensor de nutrientes de agua de bajo costo, preciso y fácil de usar: la contaminación por nitratos y fosfatos es un problema de $2 mil millones para el agua dulce gestión.

El entorno empresarial parece maduro para nuevas ideas que aumenten la eficiencia y reduzcan los costos relacionados con el agua.

Aunque se desarrollen tecnologías asombrosas, lograr que las adopten las agencias de agua es otro problema completamente diferente.

Según un fascinante documento publicado por Partnership on Technology Innovation and the Environment, “Hay escasez de empleados calificados en el sector de aguas residuales y esto va empeorando a medida que se jubila la actual generación de expertos en servicios públicos. La mayoría de las universidades que forman administradores de instalaciones de aguas residuales no están enseñando con pensamiento de sistemas, y los municipios pequeños y medianos carecen de los recursos para contratar profesionales con la experiencia para mirar más allá de las reparaciones diarias a las actualizaciones estratégicas y cómo financiarlas”.

Me encantaría decir que va a haber una bala de plata tecnológica para el agua. Pero el agua es complicada. WaterFX y otras tecnologías en desarrollo para sensores, ósmosis directa y membranas de nanotubos podrían ser una parte integral de una estrategia de agua mucho más grande, pero ninguna muestra un camino claro para salir de las maderas secas.

Va a tomar mucho dinero. Va a tomar cooperación a una escala que nunca ha visto Occidente.

 

SOBRE EL AUTOR

El Dr. Kiki Sanford es un experto en comunicaciones científicas con énfasis en Neurofisiología por UC Davis. Es la creadora, productora y presentadora del popular e irreverente semanario “TWIS” (“This Week in Science”) podcast y programa de radio, y presentadora de “Smart App Moms. ” La estimulación mental siempre le da un zumbido.