Productos químicos ecológicos: el camino hacia la desalación sostenible

A medida que aumenta la demanda mundial de agua y las fuentes naturales de agua dulce se vuelven cada vez más escasas, la desalación se perfila como una solución crucial para muchas regiones que se enfrentan a la escasez de agua. Sin embargo, los métodos tradicionales de desalación pueden ser muy intensivos en energía y perjudiciales para el medio ambiente, debido en gran parte al uso extensivo de productos químicos y al alto consumo energético. Para garantizar que la desalación siga siendo una opción sostenible para el suministro de agua limpia, se necesitan enfoques innovadores que minimicen el impacto medioambiental y maximicen la eficiencia. Aquí es donde entran en juego los «productos químicos ecológicos», que ofrecen un enfoque transformador para la desalación y el tratamiento de aguas residuales industriales.

¿Qué son los «productos químicos ecológicos»?

El concepto de «productos químicos ecológicos» está revolucionando la desalación mediante la creación de una planta autosuficiente que elimina la necesidad de insumos externos. En lugar de depender de fuentes externas para obtener los productos químicos necesarios en el proceso de desalación, la planta los produce in situ, lo que reduce los costes de transporte y disminuye significativamente su huella de carbono. Esta innovación pone de relieve la esencia de la química verde en la desalación: maximizar la eficiencia de los recursos y minimizar el daño medioambiental.

Pero eso no es todo. El enfoque no solo es autosuficiente, sino que también aprovecha el agua salina rechazada, un subproducto del proceso de desalación, como materia prima para producir productos químicos valiosos. Esto reduce eficazmente el impacto medioambiental de la salmuera desechada, convirtiendo un producto de desecho en un recurso.

Además, la minimización del impacto medioambiental se consigue gracias a varios factores: la eliminación del transporte de productos químicos, la utilización de energías renovables para producir estos productos químicos in situ y el empleo de métodos de producción eficientes desde el punto de vista energético. Este enfoque integrado refleja el futuro de la desalación sostenible, en el que cada elemento del proceso contribuye a reducir el impacto medioambiental sin perder eficiencia operativa.

Desafíos del uso tradicional de productos químicos

Diversos productos químicos desempeñan un papel crucial en las diferentes etapas de la desalación, desde el pretratamiento hasta el postratamiento, garantizando la calidad del agua y el buen funcionamiento de la planta. Sin embargo, también plantean retos importantes, especialmente en lo que respecta a la logística de la cadena de suministro, la gestión de los costes y el impacto medioambiental. Una gran parte de los productos químicos utilizados en las desaladoras, alrededor del 80 %, consiste en carbonato cálcico y dióxido de carbono, utilizados principalmente en el proceso de remineralización para mejorar la calidad del agua desalada. El hidróxido de sodio es el tercer producto químico más importante, con un 11,6 % del uso total. 

La dependencia de estos productos químicos plantea varios retos. Las desaladoras suelen estar situadas en zonas remotas o aisladas, lo que dificulta y encarece el transporte y la entrega de productos químicos. El transporte de estos productos químicos no solo aumenta los gastos operativos, sino que también incrementa la huella de carbono de la planta, lo que entra en conflicto con las metas de sostenibilidad. El almacenamiento de productos químicos no siempre es viable ni rentable debido a las limitaciones de espacio y al riesgo de degradación química con el paso del tiempo. Por ejemplo, las interrupciones en la cadena de suministro que afectan al hipoclorito de sodio pueden provocar el cierre de las plantas, lo que repercute en la fiabilidad del proceso de desalación.

Los costes químicos son otro reto importante. Los precios pueden ser volátiles e impredecibles, impulsados por las condiciones del mercado, la dinámica de la oferta y la demanda y factores geopolíticos. Esta volatilidad complica la planificación financiera y la estabilidad de las operaciones de las desaladoras, ya que afecta a los presupuestos operativos y dificulta la previsión de costes. Hay factores ajenos a los costes de producción, como los gastos de transporte, los aranceles y los cambios normativos, que pueden influir aún más en los precios de los productos químicos.

Pero, ¿y si pudiéramos superar estos retos produciendo los productos químicos in situ? ¿Y qué se puede utilizar para fabricar productos químicos in situ? 

La respuesta es fácil. Agua de mar o salmuera rechazada, que suele ser dos veces más concentrada que el agua de mar. 

 El agua de mar contiene principalmente sodio y cloruro, aunque también hay cantidades significativas de sulfato, magnesio, calcio y potasio, y cantidades menores de bicarbonato, carbonato y dióxido de carbono. El agua de mar contiene casi todos los elementos esenciales que necesitamos. El reto consiste en desarrollar métodos económicos y respetuosos con el medio ambiente para extraer los productos químicos necesarios del agua de mar o de la salmuera rechazada para su uso en el proceso de desalación. 

Enfoques innovadores para la producción química in situ

Hace unos 10 años comenzamos a experimentar con un proceso para precipitar carbonato cálcico a partir del agua de mar. La meta era mejorar el rendimiento de las desaladoras térmicas mediante la eliminación de incrustaciones del agua de mar. Posteriormente, ampliamos nuestro trabajo a la precipitación de diversas sales poco solubles en un reactor de lecho fluidizado a partir de diferentes fuentes de agua. En los últimos años, también hemos explorado técnicas de captura de carbono, en particular aquellas que implican la captura de carbono del mar.

Decidimos integrar estos procesos para evaluar su impacto combinado en la desaladora. Al reunir todos estos elementos, descubrimos que este enfoque no solo captura el carbono del aire, sino que también produce sustancias químicas esenciales para la desaladora. Y hay una bonificación adicional: este proceso también mejora el rendimiento general de la planta, lo que permite una mejor eliminación del boro, un funcionamiento sin bioincrustaciones de las membranas de ósmosis inversa, un funcionamiento sin anti y una reducción significativa del tamaño de la planta, ya que ya no es necesario construir una segunda etapa de ósmosis inversa diseñada para la eliminación del boro.

Presentamos: Nuestro proceso sostenible de desalación (SDP) para la producción de productos químicos ecológicos.

La producción in situ de productos químicos para desaladoras implica una serie de pasos innovadores diseñados para extraer y utilizar componentes esenciales directamente del agua de mar o de la salmuera rechazada. El proceso comienza con la entrada de agua de mar sin tratar o salmuera concentrada, que se dirige a un reactor de lecho fluidizado. En este reactor, se añade hidróxido de calcio para precipitar carbonato cálcico sobre las partículas o gránulos disponibles. El reactor de lecho fluidizado es una tecnología consolidada en la que el agua fluye hacia arriba a través de un lecho de partículas fluidizadas, lo que favorece la precipitación eficiente del carbonato cálcico. El reactor funciona a una alta velocidad de flujo ascendente de entre 80 y 120 metros por hora, lo que permite un tamaño compacto y produce cristales de carbonato cálcico muy secos, eliminando la necesidad de etapas adicionales de deshidratación. El efluente del reactor contiene concentraciones relativamente bajas de sólidos en suspensión, lo que significa que las tecnologías de filtración existentes en la desaladora pueden utilizarse sin necesidad de un tratamiento adicional.

A continuación, la parte de los gránulos de carbonato cálcico producidos en el reactor de lecho fluidizado se transporta al proceso de remineralización, mientras que otra parte se transporta a un calcinador, donde se someten a una descomposición térmica a temperaturas superiores a 900 °C. Este proceso a alta temperatura descompone el carbonato cálcico en óxido cálcico (cal viva) y dióxido de carbono gaseoso. Se pueden emplear varios tipos de calcinadores, como hornos regenerativos o rotativos, dependiendo de factores como el tamaño de las pastillas, el consumo de energía y la pureza deseada del dióxido de carbono producido. Preferimos utilizar un calcinador eléctrico porque produce un flujo de dióxido de carbono más limpio, con concentraciones superiores al 90 %, lo que reduce la necesidad de una limpieza o licuefacción exhaustivas, lo que hace que el proceso sea rentable y energéticamente eficiente.

Los productos químicos producidos in situ, entre los que se incluyen carbonato cálcico, óxido cálcico y dióxido de carbono, se utilizan posteriormente en la fase de postratamiento de la desaladora para mejorar la calidad del agua. El óxido de calcio se utiliza en el reactor de lecho fluidizado y para ajustar el pH en los procesos de desalación, sustituyendo al hidróxido de sodio, más utilizado, y reduciendo así los costes químicos.

El uso de agua de mar para la producción química ofrece varias ventajas para el proceso de desalación. Un pH más alto permite una eliminación más eficaz del boro en la primera etapa, lo que da como resultado una segunda etapa más pequeña para la eliminación del boro. Además, un pH elevado previene o reduce la bioincrustación, lo que prolonga los intervalos entre las limpiezas de la membrana necesarias para eliminar la bioincrustación. Además, la reducción de los niveles de calcio produce un agua de mar más blanda, lo que permite un funcionamiento sin antiescalantes. Estos beneficios mejoran colectivamente la eficiencia y la sostenibilidad del proceso de desalación.

El proceso de producción química descrito anteriormente puede integrarse en desaladoras existentes mediante su instalación en la corriente de salmuera rechazada.

Producción de «productos químicos ecológicos»: allanando el camino hacia la desalación sostenible

La producción de productos químicos in situ ofrece numerosas ventajas, como un suministro constante de materiales esenciales, ahorro de costes gracias a la reducción de los gastos de transporte y adquisición, y una reducción significativa de la huella de carbono asociada a la producción y el transporte de productos químicos. Este enfoque innovador minimiza el impacto medioambiental y mejora la eficiencia operativa, alineándose con las metas globales de sostenibilidad y allanando el camino para prácticas de desalación más sostenibles. Al desarrollar capacidades de producción química in situ, las desaladoras no solo pueden satisfacer sus necesidades químicas inmediatas, sino también operar de manera más sostenible y rentable, garantizando un suministro fiable de agua limpia y reduciendo su huella medioambiental global.

¿Cómo podemos generar productos químicos a partir del agua de mar para su uso en desaladoras?  Vea nuestro seminario web.

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