Por Miguel Menéndez, José Ángel Peña y Patricia Ugarte (*)
Muchos procesos industriales producen corrientes de agua más o menos contaminadas. Por ejemplo, en la producción de agua potable por ósmosis inversa a partir de agua de mar se obtiene una corriente muy concentrada en sal. Existen proyectos que tratan de convertir estas corrientes residuales en fuentes de agua limpia y productos de valor añadido.
Con las técnicas adecuadas, estas corrientes de sal concentrada o salmueras podrían transformarse en una fuente de materias primas muy demandadas, y con un potencial incluso mayor al que ofrece la minería terrestre para su explotación.
La cantidad de oro, uranio y todo tipo de metales disueltos en el mar es mayor que la que se ha extraído de las minas terrestres en toda la historia de la humanidad. El problema para su aprovechamiento es la baja concentración de estas sustancias en el agua marina, lo que encarece su recuperación.
No obstante, se están investigando nuevas técnicas que podrían permitir el aprovechamiento de las salmueras producidas por ósmosis inversa para obtener materiales de interés. Incluidos algunos que podrían empezar a faltar pronto, como el litio.
El caso de la sílice precipitada
Podemos encontrar un ejemplo de economía circular aplicada al agua en la investigación que está desarrollando nuestro grupo de investigación del Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón (I3A) en colaboración con la empresa IQE. Su objetivo es recuperar el agua y las sales producidas en la fabricación de sílice precipitada.
Este tipo de sílice tiene numerosas aplicaciones, como componente en la pasta dentífrica y en la manufactura de neumáticos de bajo consumo de combustible. En su fabricación se obtiene como subproducto una disolución de sulfato de sodio, una sal no tóxica, que habitualmente se vierte sin aprovechar.
Una alternativa consiste en separar el agua y el sulfato de sodio, con lo que se recuperaría el agua para volver a utilizarla en el proceso (un claro caso de economía circular). Al mismo tiempo, se obtendría sulfato de sodio de alta pureza que se puede utilizar como materia prima por varias industrias (papel, vidrio, cerámica, detergentes, farmacéutica, complementos alimenticios).
Es posible hacer esto de forma sencilla, evaporando el agua y condensando su vapor posteriormente para obtener agua pura, pero hacerlo así supone un enorme consumo de energía. Es necesario desarrollar nuevas técnicas capaces de llevar a cabo la concentración sin consumir valiosa energía.
Si, además, la energía utilizada es de origen renovable (solar, eólica o geotérmica), habremos cerrado el círculo.
Estudios previos muestran que es posible recuperar la mayor parte del agua contenida en esta corriente mediante una técnica conocida como ósmosis inversa. Se obtiene, además, una corriente mucho más concentrada en sulfato de sodio, a partir de la cual se puede recuperar esta sal mediante un proceso de evaporación-cristalización.
Este proceso de cristalización está muy optimizado, utilizando evaporadores con varias etapas. Aun así, sigue siendo un proceso que consume mucha energía, por lo que sustituir parte de esa energía (actualmente proveniente de combustibles fósiles) por energía renovable (por ejemplo, solar) sería muy deseable.
Destilación con membranas
Nuestra investigación actual muestra que es posible evaporar el agua a temperaturas por debajo de 100 ℃, utilizando una técnica conocida como destilación con membranas.
En ella se utiliza una membrana, generalmente polimérica, que deja pasar el vapor de agua a través de sus poros, pero no el agua líquida. Su comportamiento es similar a lo que hacen los tejidos waterproof, que dejan pasar el vapor, facilitando la transpiración de la piel, pero no dejan entrar al agua líquida.
Al poder usar temperaturas por debajo de la de ebullición del agua, la tecnología de destilación con membranas resulta especialmente adecuada para utilizar energía solar térmica o fuentes de calor residual (por ejemplo, corrientes líquidas a temperaturas próximas a la ambiental), que no se pueden aprovechar de otra forma en la industria.
Además, existen opciones que permiten multiplicar la eficacia en el uso de esa energía para que la cantidad de agua producida sea varias veces superior a la que se obtendría si simplemente se usara ese calor para evaporar en una caldera convencional.
La técnica de destilación con membranas ha sido ampliamente estudiada para obtener agua potable a partir de agua de mar, pero no está claro que sea competitiva con la ósmosis inversa. No obstante, hay que tener en cuenta que la presión que hay que aplicar en ósmosis aumenta con la concentración de sales disueltas.
Por ello, el uso de destilación con membranas para recuperar agua de las corrientes concentradas obtenidas por ósmosis inversa abre una ventana de oportunidad, puesto que permite recuperar el agua en corrientes que ya no son adecuadas para su tratamiento mediante ósmosis.
En conclusión, una combinación de tecnologías (ósmosis inversa, destilación con membranas y evaporación+cristalización) constituye un sistema muy prometedor para lograr la economía circular del agua. No sólo se recupera el agua, sino que se pueden obtener las sustancias disueltas en el agua, mejorando así la viabilidad económica del proceso.
Esta combinación de tecnologías no será una solución universal para todos los casos, pero es una nueva herramienta en la valoración de muchas corrientes industriales.
(*) Miguel Menéndez es Catedrático de Ingeniería Química- Instituto de Investigación de Ingeniería de Aragón (I3A), Universidad de Zaragoza; José Ángel Peña es Catedrático de Ingeniería Química, Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón (I3A), Universidad de Zaragoza, y Patricia Ugarte Elhombre es Investigadora en el Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón (I3A), Universidad de Zaragoza.
