Presión natural: cómo la gravedad nos ayuda a ahorrar energía
Ósmosis inversa submarina: ¿por qué trabajar en aguas profundas?
A menudo nos preguntan por qué nos tomamos la molestia de instalar nuestras cápsulas en las profundidades marinas. Está claro que hay presión libre, mucha, pero para hacer pasar el agua de mar a través de una membrana hay que crear un gradiente de presión. También tenemos que enviar el agua a una distancia vertical de 400 metros para volver a la costa. Entonces, ¿se ahorra tanta energía? La respuesta es sí.
Presión hidrostática: montañas de agua sobre nosotros
Para entender la física, tenemos que revisar un principio simple pero poderoso: la presión hidrostática aumenta con la profundidad. Por cada 10 metros que se desciende por debajo de la superficie del océano, la presión aumenta aproximadamente 1 atmósfera (14,7 psi). A 400 metros, la presión ya es de 40 atm; a 500 metros, de unas 50 atm. A modo de comparación, la presión osmótica del agua de mar, la presión mínima necesaria para contrarrestar el flujo natural de agua a través de una membrana semipermeable, es de unas 27 atm. En otras palabras, el océano a unos cientos de metros de profundidad ya supera la presión necesaria para impulsar la ósmosis inversa.
Esto significa que si se coloca un módulo de ósmosis inversa a 500 metros de profundidad, la "montaña de agua" de la naturaleza que se encuentra sobre él ya está aplicando la fuerza necesaria
Creación de un gradiente de presión
La ósmosis inversa (OI) se produce cuando se aplica al agua salada una presión externa superior a la presión osmótica, forzando a las moléculas de agua pura a atravesar la membrana y dejando atrás las sales y otros contaminantes.
La razón clave del ahorro de energía en comparación con la ósmosis inversa en tierra es el hecho de que para la misma cantidad de agua dulce despresurizamos una molécula en lugar de presurizar dos.. Para que esto sea posible, se utilizan bombas submarinas que crean un gradiente de presión a través de la membrana; de lo contrario, la presión hidrostática natural permanecería estática y no se produciría la ósmosis inversa.
En comparación, una instalación terrestre debe utilizar bombas gigantes de alta presión para superar la presión osmótica. En cambio, nuestros módulos dependen del océano para proporcionar toda esa presión inicial, con bombas submarinas que actúan más como dispositivos de suministro suaves que como motores que consumen mucha energía. Este cambio reduce drásticamente la huella energética del proceso de ósmosis inversa: si presurizamos la mitad del agua, utilizamos la mitad de energía. Hacerlo de esta manera también nos permite:
a) Filtrar de forma segura los microorganismos antes de que estén expuestos al gradiente de presión. Esto constituye la base de nuestro diseño de captación patentado LifeSafeTM .
b) Evitar crear una fuerte concentración de salmuera
c) Completar el proceso de ósmosis inversa sin utilizar ningún producto químico.
Más adelante hablaremos de estos puntos.
Convertir la física en tecnología
El agua dulce producida en el interior de la cápsula se envía a tierra a través de una tubería submarina. En lugar de necesitar grandes bombas para presurizar el agua salada, el sistema sólo necesita bombas más pequeñas para transportar el agua a tierra, lo que hace que el proceso sea mucho más eficiente.
Los beneficios son sorprendentes:
- Ahorro energético de aproximadamente el 40% en comparación con las plantas de ósmosis inversa terrestres. Todo ello tras tener en cuenta la comodidad de retorno a tierra y las pérdidas por fricción en la tubería.
- Reducción de la huella costera, ya que las unidades de desalinización se sitúan mar adentro en lugar de convertir las playas en polígonos industriales.
- Menor impacto ambiental, ya que la salmuera (el subproducto concentrado de agua salada) puede devolverse a la columna de agua media, donde el proceso de dispersión natural equilibra de forma fiable la salinidad, en lugar de verterse cerca de costas frágiles.
Una asociación natural
Aprovechar la propia presión del océano es un elegante ejemplo de cómo trabajar con las fuerzas naturales, en lugar de contra ellas. Aprovechando la física, podemos obtener abundante agua potable minimizando la demanda de energía y los daños ecológicos.
Por supuesto, el mantenimiento de los equipos en entornos marinos hostiles, la resistencia de las membranas a las incrustaciones y el control minucioso de los ecosistemas siguen planteando retos. Pero el principio básico está sobradamente demostrado. Con un diseño bien pensado, esa presión puede ayudar a garantizar el futuro suministro de agua dulce de la humanidad, protegiendo al mismo tiempo los componentes básicos de la cadena alimentaria de la Tierra.
En muchos sentidos, este enfoque redefine la desalinización, no como una batalla contra la naturaleza, sino como una colaboración con ella. Cada paso adelante nos acerca más a un modelo en el que la seguridad del agua y la salud de los océanos se refuerzan mutuamente en lugar de competir. Si se lleva a cabo con cuidado, la ósmosis inversa en aguas profundas podría ser un modelo de cómo la tecnología y los ecosistemas pueden coexistir en equilibrio, ofreciendo resistencia a las comunidades que se enfrentan a las crecientes tensiones del cambio climático y manteniendo al mismo tiempo la salud de los océanos.
Citas
- Fundamentos de la presión osmótica: Wikipedia - Presión osmótica
- Principios de la ósmosis inversa: MDPI - Fundamentos de la ósmosis inversa
- Panorama de la desalación: Wikipedia - Desalación
- Conceptos de desalinización a presión en aguas profundas: Scientific American - Desalinización en aguas profundas
- Ejemplos del sector: Imnovation Hub - Cápsulas de desalinización
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