La agencia nacional de investigación de Arabia Saudí, la Ciudad para la Ciencia y la Tecnología del rey Abdulaziz (la KACST, en sus siglas en inglés), está construyendo lo que será la mayor planta mundial de desalinización mediante energía solar en la ciudad de Al-Khafji.
La planta utilizará un nuevo tipo de tecnología de concentración solar fotovoltaica (FV), así como nuevas tecnologías de filtración de agua, que la KACST ha desarrollado junto a IBM. Cuando se haya completado a finales de 2012, la planta producirá 30.000 metros cúbicos de agua desalada al día para satisfacer las necesidades de 100.000 personas.
El objetivo principal de la KACST es reducir el coste de la desalinización del agua. La mitad de los gastos de funcionamiento de una planta de desalación en la actualidad provienen del consumo de la energía, y la mayoría de las plantas actuales funcionan con combustibles fósiles. Dependiendo del precio del combustible, producir un metro cúbico cuesta en la actualidad entre 40 y 90 centavos.
La reducción de costes no es la única razón por la que llevamos soñando con la unión de las energías renovables y el proceso de desalación durante décadas, afirma Lisa Henthorne, directora de la Asociación Internacional de Desalación. "Será buena cualquier cosa que podamos hacer para reducir este coste a lo largo del tiempo, o para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero asociados con ese consumo de energía", afirma Henthorne. "Esta es realmente una demostración con el fin de pulir los errores, y ver si las tecnologías pueden funcionar bien juntas."
Si bien la nueva tecnología FV concentrada podría generar electricidad a precios asequibles, la energía solar todavía cuesta más que los combustibles fósiles en muchas partes del mundo. No obstante, a pesar de los altos costes, utilizarla para los procesos de desalinización tiene sentido, señala Henthorne. "No lo hacemos porque sea lo más barato ahora mismo, sino porque sería lo más barato a largo plazo."
Las plantas de desalinización suelen utilizar procesos de destilación. La mayoría de las plantas de próxima apertura, entre ellas la de Al-Khafji, utilizarán un proceso llamado ósmosis inversa, que hace pasar el agua marina a través de una membrana de polímero y utilizando la presión para filtrar la sal. Ambos métodos son de alto consumo energético. Arabia Saudí, el principal productor de agua desalinizada en el mundo, utiliza 1,5 millones de barriles de petróleo al día en sus plantas, según Arab News.
La FV concentrada de la nueva planta y los sistemas de ósmosis inversa utilizarán materiales avanzados y desarrollados por IBM para la fabricación de chips de ordenador.
nEn una instalación fotovoltaica concentrada, las lentes o espejos enfocan la luz del sol en unas células solares ultra-eficientes que convierten la luz en electricidad. La idea es reducir los costes al utilizar menos materiales semiconductores de células solares. Sin embargo, al multiplicar la energía del sol cientos de veces se crea una gran cantidad de calor. "Si no enfriamos el dispositivo, se terminan sobrecalentando los circuitos y podemos destruirlos", afirma Sharon Nunes, que ocupa la vicepresidencia de Grandes Innovaciones Verdes de IBM. La solución de IBM consiste en utilizar un metal líquido altamente conductor—una aleación de galio indio—en la parte inferior de los chips de ordenador de silicio para extraer el calor. Al usar este metal líquido, los investigadores han sido capaces de concentrar el poder del sol 2.300 veces sobre un dispositivo solar de un centímetro cuadrado. Eso es tres veces superior a lo que es posible con los sistemas de concentración actuales, afirma Nunes.
Para la desalinización, IBM ha trabajado con investigadores de la Universidad de Texas en Austin para desarrollar una membrana sólida que hace que la ósmosis inversa sea más eficiente en cuanto a energía. La desalinización se lleva a cabo hoy día con membranas de poliamida que acaban atascándose con el aceite y los organismos del agua marina. El cloro utilizado para el tratamiento previo del agua marina también acaba descomponiendo las membranas con el paso del tiempo.
La nueva membrana de polímero contiene alcoholes de hexafluoro, un material que IBM utiliza para los patrones de los circuitos de cobre en los chips de ordenador. A un pH elevado, los grupos de flúor se cargan y protegen la membrana contra el cloro y las obstrucciones. Como resultado, el agua fluye a través de ellas entre un 25 y un 50 por ciento más rápidamente que a través de las membranas de ósmosis inversa usadas en la actualidad, según señala IBM.
La nueva membrana elimina el 99,5 por ciento de la sal en el agua marina. Esto es comparable con las membranas de poliamida convencionales, afirma Menachem Elimelech, presidente de ingeniería química en la Universidad de Yale. "Hay que lograr este alto nivel de rechazo, de lo contrario no podríamos conseguir una buena calidad de agua con sólo una pasada, y habría que desalar de nuevo".
La planta desalinizadora de Al-Khafji es el primer paso dentro de un programa de energía solar de tres pasos puesto en marcha por la KACST para reducir los costes de la desalinización. El segundo paso será una instalación de 300.000 metros cúbicos, y en la tercera fase participarán varias plantas de desalinización mediante energía solar localizadas en diversos puntos.