Cómo resolver el mayor reto mundial del agua con ingenio y matemáticas
¿Cuál es el ADN de la innovación? Desde luego, no la educación formal ni los títulos superiores. En mi opinión, las personas con mentalidad innovadora conservan de alguna manera una forma de pensar infantil; simplemente no pueden aceptar la solución estándar a un problema y siguen buscando otras soluciones.
Pero al intentar resolver problemas a gran escala, como el enfoque del «centro de presión», el espíritu innovador no siempre es suficiente. Implementar una idea brillante que no se puede probar a pequeña escala es un escenario aterrador que puede acabar arruinando al innovador y a otras personas*. Es entonces cuando las matemáticas resultan útiles. Cuando se puede respaldar una idea innovadora con cálculos matemáticos, se gana el premio gordo y se tiene la prueba (y la tranquilidad) de saber que incluso las ideas más originales pueden implementarse con éxito.
El espíritu innovador y los modelos matemáticos fueron también la fórmula mágica que nos ayudó en IDE a construir lo que en 2005 se conoció como la desaladora más grande del mundo.
*Los centros de presión no se pueden probar en un laboratorio, solo se pueden evaluar en modelos matemáticos.
Aprovechar la innovación para establecer un nuevo punto de referencia en el agua desalada de bajo coste
A finales de los años 90, la escasez de agua en Israel era tema de conversación en todas partes. El nivel del agua en el principal embalse natural del país, el mar de Galilea, descendió de forma alarmante y se anunciaba con tono sombrío cada noche al comienzo del telediario de las ocho.
En 2000, el Gobierno aprobó el Plan Maestro Nacional de Desalación para ayudar a resolver los problemas crónicos de recursos hídricos del país. La desaladora de RO de Ashkelon fue la primera parada de este plan a gran escala, con la ambiciosa meta de proporcionar 100 millones de m3/día y abastecer el 15 % de las necesidades domésticas de agua de Israel.
Varias grandes empresas presentaron sus propuestas para la licitación, pero IDE, una empresa relativamente pequeña con una buena trayectoria en desalación térmica pero poca experiencia en la construcción de desaladoras por ósmosis inversa, ganó la licitación. ¿Por qué? Sencillo. La licitación BOT se estructuró en torno al coste del agua y, al introducir tres innovaciones diferentes (¡aún sin probar!), pudimos ofrecer el coste más bajo del agua. En el sector del agua, el coste del agua es el santo grial… ¡siempre!
Innovación en ósmosis inversa desde cero
Las tres tecnologías que permitieron a IDE establecer un nuevo punto de referencia en cuanto al bajo coste del agua desalada fueron el diseño patentado del centro de presión, una disposición única del sistema de recuperación de energía y el sistema patentado de eliminación de boro, que aumenta la eficiencia y reduce significativamente los costes del agua.
El diseño del centro de presión supuso un cambio drástico con respecto al sistema tradicional de 32 bombas pequeñas de alta presión, pasando a un centro de bombeo compuesto por 3+1 bombas grandes de alta presión (HP), de 5,5 MW cada una. El diseño del centro de presión aumenta la disponibilidad y fiabilidad del sistema y reduce el consumo energético gracias a la eficiencia de las bombas de alta presión de gran tamaño y a la disposición del sistema de recuperación de energía DWEER como un bloque que da servicio a todos los trenes de ósmosis inversa.
Inauguración de la tubería de la desaladora de Ashkelon.
En busca de la innovación en la recuperación de energía en el Caribe
A veces, ser innovador consiste simplemente en reconocer cuándo algo es brillante y adoptarlo. Tal fue el caso de la segunda innovación que implementamos en la desaladora de Ashkelon. Una persona muy inteligente llamada Bill Andrews construyó un sistema de recuperación de energía, DWEER, en una pequeña desaladora (de unos 100 m3/hora) en el Caribe. En un artículo que publicó sobre este proyecto, afirmó que se recuperaba el 98 % de la energía. El estándar del mercado en ese momento era una recuperación del 80-85 % (turbina Pelton).
Tomé un vuelo al Caribe, visité la planta, vi que estaba funcionando y comprendí inmediatamente que tenía un enorme potencial. Cuando le dije a Bill que me gustaría utilizar suinnovación en la planta de Ashkelon y procesar 100 millones de m3/día, pensó que estaba bromeando. No lo estaba. Cuando fui a la licitación, utilicé su innovación y la combiné con el diseño de nuestro centro de presión. Sin esta pieza del rompecabezas, no podríamos haber alcanzado el coste óptimo del agua.
Un avance tecnológico en la eliminación del boro
El coste final del agua potable también se vio afectado por la exigencia del Gobierno israelí de que el contenido de boro fuera lo más bajo posible (0,3 ppm). Por consiguiente, lograr una alta reducción de iones de boro fue una consideración importante en el diseño. Pero en aquel momento, nadie era capaz de hacerlo. Nosotros sí fuimos capaces. Hemos desarrollado un proceso que transfiere el agua por segunda vez a través de una cascada de membranas que elimina los iones de boro hasta concentraciones inferiores a 0,3 ppm. Pudimos cumplir los requisitos impuestos por la Autoridad de Desalación de Agua de Israel (WDA), hacer que el agua fuera apta para las necesidades agrícolas y patentar la innovación.
Ilustración: sistema de eliminación de boro
Tres tecnologías sin probar: ¿qué será lo próximo?
Cuando nos presentamos a la licitación del gobierno, presentamos un diseño de planta basado en estas tres innovaciones que nunca se habían probado a escala piloto. Y, sin embargo, el procedimiento de puesta en marcha fue sencillo y rápido gracias al completo sistema de ejemplos matemáticos realizado en toda la desaladora durante la fase de diseño.
Nuestro equipo de cuatro ingenieros de procesos desarrolló 14 modelos matemáticos. Estos modelos reflejaban, sin excepción, todas las características químicas y tecnológicas de la desaladora. Nadie en IDE tenía idea de lo que estábamos haciendo, pero depositaron su confianza en nosotros durante los dos años que duraron los cálculos matemáticos. Estos modelos matemáticos nos permitieron ganar la licitación, pero, lo que es más importante, estar seguros de que el proyecto tendría éxito.
Sumergiendo el cabezal de succión mediante un tanque flotante, la desaladora de Ashkelon.
Cuando comenzó el trabajo, nuestro pequeño equipo construyó todo el proceso de ósmosis inversa desde cero, implementando las innovaciones que desarrollamos y creando un proceso de desalación totalmente automatizado que, los sábados, podía funcionar con solo dos personas a bordo, y esas dos personas solían estar ocupadas haciendo otras cosas; una preparaba el café y la otra lo tomaba…
Diseñado mediante la innovación y las matemáticas, el puzle tecnológico de mil piezas formó una imagen completamente perfecta, lo cual no es poca cosa en una desaladora del tamaño del proyecto de Ashkelon.
Desaladora de Ashkelon, 2005
Con más de medio siglo de experiencia en desalación y tratamiento de agua, IDE puede ofrecer soluciones eficientes y rentables para tratar el agua y las corrientes de aguas residuales en la central eléctrica. Ofrecemos sistemas avanzados de tratamiento de agua que «se comunican entre sí», desde el agua ultrapura necesaria para alimentar las calderas, pasando por la reposición de las torres de refrigeración, hasta llegar al complejo flujo de purga de las torres de refrigeración. Ya sea que necesite filtración primaria o un pretratamiento más robusto, RO y una etapa de pulido de MBR o EDI, ofrecemos soluciones integrales que maximizan la eficiencia de su planta y cumplen con todos los requisitos reglamentarios.
El modelo Ashkelon se globaliza
El éxito de la planta de Ashkelon, que en 2006 ganó el Premio a la Desaladora del Año de GWI, se extendió a través del océano hasta el sur de California.
En aquel momento, San Diego, azotada por la sequía, importaba la mayor parte del agua potable del norte de California y del río Colorado, y la disponibilidad de agua era muy limitada. La autoridad responsable del agua del condado se embarcó en un plan hidrológico a largo plazo con el objetivo de diversificar su cartera de suministro de agua.
La desaladora de Carlsbad fue el resultado de un acuerdo de compra de agua entre la Autoridad del Agua de San Diego y el Grupo Poseidon. El Grupo Poseidon, que buscaba un socio para diseñar y operar la planta, visitó las instalaciones de Ashkelon, revisó todos los cálculos matemáticos y finalmente nos permitió, a una empresa extranjera, participar en la licitación. Una vez más, gracias a nuestra amplia gama de tecnologías innovadoras (que a estas alturas ya habían demostrado su eficacia), pudimos comprometernos a ofrecer el menor coste de agua y ganar la licitación.
Cinco años más tarde, la desaladora de Carlsbad producía 54 millones de galones (204 412 m3) al día, lo que representaba el 10 % del suministro de agua del condado de San Diego y proporcionaba una fuente de agua fiable y a prueba de sequías para las empresas locales durante generaciones.
La inseguridad hídrica no es nuestro destino
La escasez de agua ya no es un problema exclusivo de lugares como Israel y San Diego. A medida que cambian los patrones climáticos en todo el mundo, se ha convertido en un problema global que exige la atención de (casi) todas las autoridades y gobiernos responsables del agua en todo el mundo.
Ashkelon y Carlsbad son solo dos ejemplos de desaladoras de agua de mar por ósmosis inversa diseñadas y operadas con éxito por IDE en los últimos 60 años. En mis (casi) treinta años en la empresa, he participado en docenas de innovaciones y avances tecnológicos y en más de 60 patentes que han aumentado la eficiencia, la economía y la fiabilidad de los procesos, reducido los costes de CAPEX y OPEX y el impacto medioambiental.
Millones de personas en todo el mundo se enfrentan a la inseguridad hídrica. Es un gran problema y, como tal, requiere una solución audaz. Me enorgullece formar parte de una empresa que, durante más de seis décadas, ha aportado ingenio y matemáticas para resolver los mayores retos hídricos del mundo y llevar la estabilidad del agua a tantas comunidades de todo el planeta.
