La valorización de la salmuera consiste en transformar el subproducto hipersalino de la desalación en materias primas, energía o un recurso útil para otros procesos, en lugar de considerarlo únicamente un residuo que debe verterse. La salmuera generada en los procesos de membranas de desalación de agua de mar contiene básicamente los mismos compuestos que el agua de mar captada, aunque la concentración de prácticamente todos sus elementos se eleva a un valor cercano al doble (dependiendo del grado de conversión de la planta desalinizadora).
Las técnicas de aprovechamiento se pueden clasificar en tres categorías: producción de energía a través gradiente salino, extracción de compuestos y uso del gradiente salino en procesos de concentración. Considerar la salmuera de las plantas desalinizadoras como un recurso y no como un desecho es una oportunidad estratégica.
Por qué la salmuera es un desafío para la desalación
La desalinización sigue siendo una operación que representa un elevado consumo energético, menor día a día por la mayor eficiencia de las plantas desalinizadoras. Antes era una operación basada en la evaporación, ahora, la ósmosis inversa ofrece un método más eficaz para extraer de forma selectiva agua dulce del agua salada.
La desalinización del agua de mar se está acelerando, impulsada en gran medida por el aumento de la demanda de agua y los efectos del cambio climático en los recursos de agua dulce. Solo en la Unión Europea (UE), las instalaciones de desalinización pueden suministrar en la actualidad hasta 3.400 millones de metros cúbicos de agua desalada al año, este volumen potencial de agua tratada hace que la salmuera residual -el agua extremadamente salada que queda- represente un problema para los operadores de las plantas.
La salmuera es un subproducto hipersalino generado durante el proceso de desalinización que, desde siempre, y más en las últimas décadas, preocupa por los posibles impactos ambientales que genera en el momento en que es vertida, en particular al mar. El incremento de agua desalinizada en el mundo, aumenta por tanto la descarga al medio marino de ésta.
La imperiosa necesidad de gestionar nuestros recursos de forma eficiente y sostenible, el interés generalizado por la transformación de las industrias hacia una economía circular y los últimos avances tecnológicos, propician que la salmuera pueda convertirse en un fluido del cual pueda obtenerse materias primas de valor añadido. La valorización de la salmuera, en la década que vamos a entrar, se considera un reto global estratégico.
Gestión convencional y riesgos ambientales
Si una planta desalinizadora está junto al mar, la salmuera puede verterse de forma relativamente segura en el océano, con un efecto mínimo en la flora y la fauna locales. A veces, como en el caso de la planta del Llobregat, en Barcelona, la salmuera puede diluirse con agua procedente de depuradoras, lo que reduce el impacto ecológico.
Las plantas interiores que refinan agua salobre no pueden simplemente devolver salmuera. «Si concentras sales dentro de un acuífero, eso sí que es preocupante -dice Casas, del Centro Tecnológico de Cataluña Eurecat--. Se está introduciendo mucha más salinidad, que luego puede afectar a otras fuentes de agua por difusión».
La salmuera producida es un flujo hipersalino que generalmente se vierte al mar a través de emisarios submarinos para alcanzar su dilución y así minimizar el potencial impacto al medio marino. Actualmente, los principales impactos ambientales que se generan en este proceso son el elevado consumo energético y el vertido de salmuera.
Composición y potencial de la salmuera
Además contendrá trazas de productos químicos usados en la etapa de pretratamiento. Los componentes mayoritarios presentes son el cloro y sodio, seguidos por sulfatos, magnesio, calcio y potasio, en ese orden [5].
A bajas, o muy bajas, concentraciones se encuentran una multitud de elementos, desde litio hasta uranio, por citar dos ejemplos [6]. Los compuestos extraíbles de la salmuera se obtienen mediante diferentes combinaciones entre sus elementos y la cantidad dependerá de la concentración de estos elementos en la salmuera.
Recuperar elementos de la salmuera podría reducir el impacto ecológico de la desalinización y ofrecer beneficios económicos. Además de sal de mesa, la salmuera contiene elementos valiosos como magnesio y litio.
La salmuera ofrece «muchos metales traza que se utilizan en la industria química, farmacéutica y metalúrgica, que la Unión Europea importa, pero no produce», explica Casas.
Valorización de compuestos químicos y minerales
Obtención de sales y minerales
Compuestos como el cloruro sódico puede obtenerse mediante evaporación, hidróxido de magnesio o carbonato de calcio mediante reacciones de precipitación [7].
Los elementos presentes son mayormente el cloro y sodio, seguidos por sulfatos, magnesio, calcio y potasio, pero también se pueden obtener minerales y metales que se encuentran en bajas concentraciones en el mar. La “minería de la desalinización” podría llegar a ser una nueva fuente de recursos.
Producción de ácidos, bases e hipoclorito
También pueden conseguirse ácidos y bases como el ácido clorhídrico y el hidróxido sódico mediante el proceso electroquímico de electrodiálisis con membranas bipolares (BMED) - proyecto VALORSAL [8].
De similar manera, podría obtenerse también hipoclorito sódico empleando la tecnología de electrólisis en un proceso cloro-álcali [9].
En el primer bloque se encuentra la valorización de los compuestos presentes en la salmuera, así como los subproductos generados a partir de esta, como por ejemplo la generación de hipoclorito sódico o sosa cáustica, muy utilizados en otras industrias.
Extracción de elementos estratégicos
Otros elementos como litio, uranio, cesio y rubidio, por ejemplo, han conseguido ser extraídos a través de diferentes procesos de adsorción e intercambio iónico [10].
En el proyecto SEA4VALUE, financiado con fondos europeos, Casas formó parte de un equipo de investigadores que desarrolló un proceso multimodular para recuperar de las salmueras elementos de importancia estratégica o crítica para la Unión Europea, como magnesio, galio, rubidio y litio.
«Probamos tecnologías radicales para intentar recuperarlos de las plantas -dice Casas-. Demostramos que podíamos sacar estos elementos de la salmuera, pero hay que seguir investigando».
El proyecto SEA4VALUE
Un claro ejemplo de la importancia que presenta esta utilidad de la salmuera es el compromiso de la Comisión Europea financiando grandes proyectos para valorizar las salmueras. Ejemplo de ello es el proyecto Sea4Value [11].
En cuatro años explorará la extracción de diferentes minerales de la salmuera, mediante procesos por desarrollar, como son la nanofiltración con nuevas membranas, la adsorción con módulos impresos en 3D o la cristalización por membrana, entre otros.
Instituciones y empresas expertas de siete países europeos participarán en este proyecto englobado en el ámbito de la economía circular.
Tras validar satisfactoriamente las tecnologías, el equipo espera seguir trabajando en las ideas a través de futuros proyectos. «El siguiente paso es probar la tecnología a mayor escala, y complementarla con otros elementos que quizá en ese momento no buscábamos, y hacerla más viable económicamente», añade Casas.
Captura de CO2 y generación de subproductos
Otras posibilidades surgen de la interacción de la salmuera con otros compuestos. De especial interés resulta la captura de CO2, que además de reducir las emisiones de este gas de efecto invernadero, puede generar subproductos de valor como el bicarbonato sódico [12].
Una tecnología que trabaja con este concepto es la Spontaneous Membrane Ionic Transfer - SMIT [13].
Valorización energética del gradiente salino
La energía del gradiente salino fue expuesta por primera vez por R.E. Pattle en un artículo de la revista Nature en 1954 [1]. Pero no es hasta 20 años después, coincidiendo con la crisis del petróleo de 1973, cuando se retoman las investigaciones para aprovechar esta fuente de energía limpia.
Además, no se lleva a cabo la construcción de plantas piloto hasta la primera década del siglo XXI, coincidiendo de nuevo con la inflación del petróleo de 2008. Es ahora, con el cambio climático como escenario principal, cuando se pone la mirada en el desarrollo de esta fuente de fuente de energía, en la que destacan tres tecnologías frente al resto.
La llamada “energía osmótica” es el potencial de energía química asociado con la mezcla “controlada” de dos soluciones salinas a diferentes concentraciones. Dada la elevada concentración salina de la salmuera, y siempre que se disponga de una segunda fuente de baja salinidad, se detallan algunas tecnologías capaces de producir energía gracias a ese gradiente osmótico.
Electrodiálisis inversa o reversible - RED
Su funcionamiento se basa en el principio de una batería tradicional, cuando se juntan dos fluidos de diferente concentración, con una membrana permeable a los iones por medio, se produce un flujo iónico del flujo más concentrado al menos concentrado.
Este flujo de electrones a través de la membrana de intercambio iónico genera una corriente eléctrica que puede ser aprovechada. Sin embargo, distintas investigaciones [2] [3] han determinado que la cantidad de energía que puede ser extraída por este método empleando agua de mar no alcanza los 3 W/m2, por lo que se precisa de una mayor investigación de las membranas de intercambio iónico para lograr que sea una tecnología competitiva.
Ósmosis por presión retardada - PRO
La Ósmosis por Presión Retardada es una tecnología que emplea energía mecánica (presión) para la generación de la energía eléctrica. Esta tecnología une los conceptos de la ósmosis natural e inversa.
En la ósmosis natural, dos fluidos con diferente salinidad se ponen en contacto a través de una membrana semipermeable, que permite el paso del agua, pero no de las sales. De modo que, el agua menos concentrada fluye hacia la cámara de mayor concentración salina.
En el caso de la PRO, a la solución de mayor concentración se le aplica una presión, aunque inferior a la presión osmótica, para que el flujo siga siendo en la dirección natural. El aumento de caudal produce un aumento de presión que puede ser aprovechado, por ejemplo, por medio de una turbina.
Estos sistemas son capaces de generar hasta 10 W/m2 [3]. A pesar de ello, aún falta en el mercado membranas específicas que sean capaces de soportar las presiones aplicadas en este proceso.
Mezcla capacitiva - CAPMIX
La Mezcla Capacitiva es una tecnología emergente que genera energía eléctrica de manera directa. En este caso se aprovechan electrodos de carbón activado con características específicas.
Cuando el agua salina entra en un depósito con los electrodos, estos son capaces de almacenarla. En un segundo paso, el agua se evacúa y entra agua dulce, en este momento los electrodos ceden la energía almacenada.
La corriente alcanzada con este sistema no supera - 1 W/m2 [4]. Se trata de una tecnología que aún requiere de mayor investigación y continuar avanzando en el desarrollo de nuevos electrodos más eficientes.
| Tecnología | Principio de funcionamiento | Rendimiento indicado | Principal reto |
|---|---|---|---|
| RED | Flujo iónico a través de membranas de intercambio iónico | No alcanza los 3 W/m2 | Desarrollo de membranas de intercambio iónico |
| PRO | Presión osmótica y aumento de caudal mediante membrana semipermeable | Hasta 10 W/m2 | Membranas capaces de soportar las presiones aplicadas |
| CAPMIX | Almacenamiento y liberación de energía mediante electrodos de carbón activado | No supera - 1 W/m2 | Desarrollo de electrodos más eficientes |
Ósmosis directa para concentrar efluentes
Por último, se ha estudiado el aprovechamiento del gradiente salino a través de la ósmosis directa (o FO del inglés: Forward Osmosis). Este, es un proceso que se produce de forma natural cuando se enfrentan, por medio de una membrana semipermeable, soluciones de diferente concentración.
El flujo de mayor concentración salina ejerce de agente extractor, provocando la difusión del agua del flujo de menor concentración. La FO tiene aplicaciones en múltiples industrias como, por ejemplo, la industria láctea y ganadera, zumos y bebidas de frutas, industrias químicas, imprentas y textiles, o incluso en el secado de algas, etc.
De manera que esta técnica puede concentrar un efluente líquido, disminuyendo así el volumen de residuos a tratar, facilitar su transporte, o incluso, aprovechar estos residuos para una segunda vida.
A su vez, la FO puede ser una manera energéticamente eficiente de concentrar un efluente líquido. En la actualidad ya se emplean otros procesos de membranas, como la ósmosis inversa (RO) y la ultrafiltración (UF), para reducir el volumen de agua en un efluente, sin embargo, estos procesos requieren operar a presiones elevadas, lo que supone un mayor coste energético [15].
Esta tecnología ha sido ampliamente evaluada en los últimos años para su uso en sectores como la industria láctea y ganadera, zumos y bebidas de frutas, industria cervecera, industrias químicas, farmacéuticas, minería, textil e incluso para el secado de algas.
La aplicación de la FO en salmueras procedentes de desalinizadoras está siendo probada a nivel de proyectos piloto y de laboratorio; sin embargo, promete ser una opción para reducir los consumos específicos de procesos de concentración industriales.
Experiencias previas en Canarias
Desde finales del s. XX, la salmuera ya estaba en el punto de mira de técnicos e investigadores. Especialmente en las Islas Canarias, donde se generan grandes volúmenes en muy poca longitud de costa, la salmuera ha sido usada como aporte en salinas tradicionales para producir sal de mesa o industrial, o como medio de cultivo para microalgas con intereses de mercado en las instalaciones experimentales del Instituto Tecnológico de Canarias.
Estos antecedentes y capacidades propician que las Islas Canarias puedan ser un centro demostrador de las potencialidades de uso de la salmuera.
La Plataforma DESAL+ LIVING LAB tiene entre sus líneas de I+D+i, y gracias al apoyo de sus integrantes, el propósito de abanderar casos de éxito en la valorización de salmueras de planta desalinizadoras en Canarias.
El proyecto DESAL+ y la economía circular
El proyecto DESAL+ se alinea con el sector de la desalación para aplicar la estrategia de la economía circular en Canarias. La apuesta por la economía circular ha llegado a la desalación.
Desde Canarias, en el marco del proyecto DESAL+, la ACIISI ha contratado un estudio para identificar y analizar las diversas alternativas de valorización de salmuera que la desalinización de agua de mar ofrece, su estado de desarrollo actual y la perspectiva de estas tecnologías, además de su potencial implantación dentro de la región Macaronésica.
Las alternativas estudiadas se han dividido en tres categorías: la valorización de compuestos, la generación de energía y el aprovechamiento del gradiente salino para deshidratar otros fluidos.
Este estudio ha sido realizado por la empresa ECOS dentro del proyecto DESAL+, financiado por el Programa MAC 2014-2020, contratado por la Agencia Canaria de Investigación, Innovación y Sociedad de la Información (ACIISI) del Gobierno de Canarias y con la colaboración del Instituto Tecnológico de Canarias (ITC).
La escala de la desalación en España
La sequía que actualmente afecta algunas regiones de nuestro país está poniendo de relieve, una vez más, cómo la desalación y reutilización de agua son y serán, aún más en el futuro, imprescindibles para asegurar el abastecimiento hídrico en España.
Según los datos más actualizados con los que cuenta AEDyR, en España se producen alrededor de 5.000.000 de m³/día de agua desalada para abastecimiento, riego y uso industrial.
| Tipo de instalación | Proporción o producción |
|---|---|
| Plantas de agua de mar mayores de 10.000 m3/día | 51%; 2.542.500 m3/día |
| Plantas de agua salobre superiores a 10.000 m3/día | 26%; 1.301.554 m3/día |
| Conjunto de plantas de gran capacidad | 77%; 3.844.000 m3/día |
| Plantas de capacidad media y baja | 23%; 1.156.000 m3/día |
El 51% de esta cantidad, concretamente 2.542.500 m3/día, corresponde a la capacidad instalada de las plantas desaladoras de agua de mar mayores de 10.000 m3/día que hay instaladas a lo largo de todo el arco mediterráneo de nuestro país, y en las Islas Canarias.
Además, es relevante destacar que si tenemos en cuenta que la producción de agua desalada de las plantas de agua salobre superiores a 10.000 m3/día, supone el 26% de la cantidad total, concretamente 1.301.554 m3/día, conjuntamente las plantas de gran capacidad de nuestro país alcanzan el 77% (con un total de 3.844.000 m3/día).
El restante 23% (1.156.000 m3/día) correspondería a las plantas desaladoras de capacidad media y baja, tanto de agua de mar como salobre, que tienen unas producciones comprendidas entre los 100m3/día y los 10.000m3/día.
De hecho, las Islas Canarias (21) es la región que cuenta con mayor cantidad de plantas de estas características, seguida de Región de Murcia (8), Comunidad Valenciana (8), Islas Baleares (7), Andalucía (6), Cataluña (2) y finalmente Ceuta y Melilla, con una planta desaladora de agua de mar instalada en cada una de estas dos ciudades autónomas.
Principales plantas desaladoras de gran capacidad
Presentamos de manera esquemática, y divididas por Comunidades Autónomas, la información básica de estas 54 plantas desaladoras de agua de mar con una producción superior a los 10.000 m3/día, en las que tenemos en cuenta las actualizaciones que se han hecho de las mismas en los últimos años y las que se tienen previstas a fecha febrero 2024.
En Alicante, Murcia y Barcelona están las tres plantas desaladoras de agua de mar con mayor capacidad de producir agua desalada de España. La mayor planta desaladora es la de Torrevieja, con una capacidad de producción de 240.000 m3/día; Seguida de la planta desaladora de Águilas Guadalentín, con una capacidad de producción de 210.000m3/día; y por último la planta desaladora de El Prat de Llobregat, con una capacidad de producción de 200.000m3/día.
Estas tres plantas son, además, las mayores plantas desaladoras de Europa. Además está prevista la ampliación de la planta desaladora de Torrevieja (en licitación a fecha de febrero 2024) tras la cual alcanzará una capacidad de producción de 300.000 m3/día.
Islas Canarias
| Desaladora | Lugar | Capacidad (m3/día) | Capacidad (litros/día) |
|---|---|---|---|
| Lanzarote 3 | Lanzarote | 20.000 | 20.000.000 |
| Lanzarote 4 | Lanzarote | 20.000 | 20.000.000 |
| IDAM Inalsa IV | Lanzarote | 40.000 | 40.000.000 |
| Lanzarote V | Lanzarote | 24.000 | 24.000.000 |
| IDAM Janubio | Lanzarote | 18.000 | 18.000.000 |
| Lanzarote III rehabilitación | Lanzarote | 14.000 | 14.000.000 |
| Puerto del Rosario | Fuerteventura | 36.500 | 36.500.000 |
| Maspalomas 1 | Gran Canaria | 14.500 | 14.500.000 |
| Maspalomas 2 | Gran Canaria | 19.500 | 19.500.000 |
| Telde II | Gran Canaria | 16.000 | 16.000.000 |
| Arucas II | Gran Canaria | 16.000 | 16.000.000 |
| Las Palmas 3 y 4 | Gran Canaria | 82.000 | 82.000.000 |
| Sureste 2 | Gran Canaria | 33.000 | 33.000.000 |
| Agragua 1 y 2 | Gran Canaria | 15.000 | 15.000.000 |
| Telde | Gran Canaria | 16.000 | 16.000.000 |
| Aldea de San Nicolás 1 y 2 | Gran Canaria | 10.000 | 10.000.000 |
| IDAM Santa Cruz de Tenerife | Tenerife | 20.700 | 20.700.000 |
| Granadilla / Abona | Tenerife | 14.000 | 14.000.000 |
| Guía de Isora / Fonsalía | Tenerife | 14.000 | 14.000.000 |
| La Caleta | Tenerife | 20.000 | 20.000.000 |
| Adeje Arona | Tenerife | 22.000 | 22.000.000 |
Actuaciones previstas: Guía de Isora / Fonsalía - Extensión; Granadilla / Abona - Extensión; Puerto del Rosario - Extensión.
Región de Murcia
| Desaladora | Lugar | Capacidad (m3/día) | Capacidad (litros/día) |
|---|---|---|---|
| San Pedro de Pinatar I | Murcia | 65.000 | 65.000.000 |
| San Pedro de Pinatar II | Murcia | 65.000 | 65.000.000 |
| Águilas Guadalentin | Águilas | 210.000 | 210.000.000 |
| Valdelentisco | Cartagena | 137.500 | 137.500.000 |
| Escombreras | Cartagena | 63.000 | 63.000.000 |
| Águilas - Comunidad de Regantes | Águilas | 16.000 | 16.000.000 |
| Águilas - Comunidad de Regantes | Águilas | 20.800 | 20.800.000 |
| Mazarrón - Virgen del Milagro - Comunidad de Regantes | Mazarrón | 36.000 | 36.000.000 |
Comunidad Valenciana
| Desaladora | Lugar | Capacidad (m3/día) | Capacidad (litros/día) |
|---|---|---|---|
| Alicante I | Alicante | 50.000 | 50.000.000 |
| Alicante II | Alicante | 65.000 | 65.000.000 |
| Marina Baja, Mutxamel | Alicante | 50.000 | 50.000.000 |
| Torrevieja | Alicante | 240.000 | 240.000.000 |
| Jávea | Alicante | 28.000 | 28.000.000 |
| Sagunto | Valencia | 22.900 | 22.900.000 |
| Moncofar | Castellón | 30.000 | 30.000.000 |
| Oropesa | Castellón | 49.000 | 49.000.000 |
Actuación prevista: Torrevieja ampliación (presentación de licitaciones cerrada a finales Enero-2024 - 300.000 m3/día).
Islas Baleares
| Desaladora | Lugar | Capacidad (m3/día) | Capacidad (litros/día) |
|---|---|---|---|
| Andratx | Mallorca | 14.000 | 14.000.000 |
| Alcudia | Mallorca | 14.000 | 14.000.000 |
| Bahía de Palma | Mallorca | 64.800 | 64.800.000 |
| Ciutadella | Menorca | 10.000 | 10.000.000 |
| Santa Eulalia | Ibiza | 15.000 | 15.000.000 |
| San Antonio | Ibiza | 17.500 | 17.500.000 |
| Ibiza | Ibiza | 12.000 | 12.000.000 |
Andalucía
| Proyecto | Lugar | Capacidad (m3/día) | Capacidad (litros/día) |
|---|---|---|---|
| Marbella | Málaga | 56.000 | 56.000.000 |
| Almería | Almería | 50.000 | 50.000.000 |
| Carboneras | Almería | 120.000 | 120.000.000 |
| Bajo Almanzora | Almería | 60.000 | 60.000.000 |
| Campo de Dalías | Almería | 97.200 | 97.200.000 |
| Mar de Alborán | Almería | 60.000 | 60.000.000 |
Actuaciones previstas: Campo de Dalías - Expansión; Carboneras - Expansión; Marbella - Expansión; Mar de Alborán - En puesta en marcha; Bajo Almanzora - En proceso de renovación.
Cataluña
| Desaladora | Lugar | Capacidad (m3/día) | Capacidad (litros/día) |
|---|---|---|---|
| La Tordera | Girona | 57.600 | 57.600.000 |
| El Prat | Barcelona | 200.000 | 200.000.000 |
Actuaciones previstas: La Tordera II (Girona)- Extensión; Desaladora de FOIX (Barcelona) - Nueva construcción (20 hm3/año en Fase I y 30 hm3/año en Fase II).
Ceuta y Melilla
| Desaladora | Lugar | Capacidad (m3/día) | Capacidad (litros/día) |
|---|---|---|---|
| IDAM de Ceuta | Ceuta | 31.000 | 31.000.000 |
| IDAM de Melilla | Melilla | 30.000 | 30.000.000 |
Retos para pasar del laboratorio a la industria
A pesar de lo ya caminado, aún no se han conseguido implantar tecnologías a escala industrial. La falta de viabilidad económica de los distintos procesos, el desarrollo de nuevas membranas selectivas o la optimización de la hibridación de procesos emergentes son parte de los grandes retos por superar en este prometedor campo.
En el caso de la valorización de compuestos, optimizar al máximo la conversión y la calidad de los productos extraídos determinará en gran parte el éxito de cada proceso. Además, consideraciones como la demanda y precio de cada producto final en mercados locales y globales poseen gran influencia en cuanto al desarrollo particular de tecnologías asociadas a la extracción de determinados compuestos.
«El siguiente paso es probar la tecnología a mayor escala, y complementarla con otros elementos que quizá en ese momento no buscábamos, y hacerla más viable económicamente», añade Casas.
A pesar de las limitaciones que las tecnologías presentan actualmente, se debe seguir trabajando en la búsqueda de la viabilidad de aprovechar la salmuera como un medio para la optimización de los procesos de desalinización en sí mismos, ya sea con la reducción del consumo energético o la generación de compuestos químicos a ser usados en la propia planta.
Metodología de Reutilización de Salmueras descarte de plantas desalizadoras de osmosis inversa
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