El agua y la energía a lo largo de la historia han sido determinantes en el desarrollo de la humanidad. Aun siendo conceptualmente diferentes, el agua ha necesitado de la energía para las diferentes etapas que conforman el ciclo; extracción, transporte, tratamiento, distribución, depuración y reutilización; energía que ha ido evolucionando a lo largo de los años en forma humana, animal, mecánica, eléctrica, etc.
Asimismo, la energía ha necesitado del agua a raíz del descubrimiento de la máquina de vapor; descubrimiento asignado, entre otros, a Thomas Newcomen (año 1712). Dentro de este punto, cabe destacar que fue un español, Jerónimo de Ayanz y Beaumont, quien en 1606 registra una máquina de vapor utilizada con éxito para el desagüe de las minas de plata de Guadalcanal.
A pesar de dicha unión, el agua y la energía han sido dos sectores que se han estudiado y gestionado de manera independiente hasta que en la década de los noventa, Peter H. Gleick (Pacific Insitute, 1994), demuestra una relación intrínseca entre ambos recursos surgiendo de tal fusión el concepto conocido como el "Nexus Agua-Energía". El desarrollo de la ciencia y la tecnología ha confirmado la interrelación entre ambas, estando estrechamente relacionadas.
El agua es por un lado, fuente de energía: hidroeléctrica, geotérmica y oceánica (mareas, olas, corrientes, gradiente térmico o gradiente de salinidad).
De otra parte, la industria del agua es intensiva energéticamente. El ciclo del agua consume 1.723 TWh, lo que representa el 8% de la energía mundial producida. A nivel estatal, España utiliza 5.132 GWh en el citado ciclo, que es equivalente a la demanda de energía eléctrica en las islas Baleares durante el año 2014. Una representación del consumo de energía en el ciclo se expone en la figura 1.
De forma análoga la energía depende y necesita agua tanto para el procesamiento de los diferentes combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas?), como para la generación de electricidad; así como para la irrigación de los distintos cultivos energéticos en la producción de biocombustibles. En este aspecto, la totalidad del agua empleada se puede clasificar en dos tipos: agua usada "Withdrawals" (utilizada y devuelta al medio ambiente) y agua consumida "consumed". Su cuantificación variará en función del combustible empleado, y ésta oscilará entre 250 litros por tonelada de carbón y entre uno y diez barriles de agua por barril de petróleo (dependiendo del proceso de extracción).
Independientemente de lo anterior, cabe destacar que el consumo de agua en el procesado de petróleo y gas convencionales y no convencionales; el carbón y el uranio corresponde a unos nueve mil millones de metros cúbicos al año. Lo cual representa aproximadamente tres veces el consumo de agua de abasto en España (IDAE, 2011).
De igual forma, se expone que a nivel mundial el consumo del recurso hídrico subterráneo en la extracción de combustibles fósiles es mayor a la extracción de la materia prima en sí, sumándole a este mismo diversos minerales y metales.
En cuanto al consumo de agua en biocombustibles, según los datos suministrados por la Unesco (WWAP) este oscila entre unos 2,5 metros cúbicos por litro de combustible, lo que a nivel mundial representa un 2 por ciento del total del agua de irrigación.
En lo referente al consumo de agua en la producción de energía eléctrica. Según datos de la Agencia Internacional de la Energía (2014), la producción de energía consume 583 billones de metros cúbicos de agua; lo que es análogo al 15% del agua usada a nivel global. De esta cantidad, 66 billones de metros cúbicos no retornan a la fuente de origen.
Interpolando en el ámbito nacional, el consumo de agua en el sector energético de España es de 806 hectómetros cúbicos, lo que corresponde con el trabajo de una desalinizadora de 60.000 metros cúbicos/día que estuviese operando durante más de 37 años.
Si lo anterior nos indica el consumo global de agua; a nivel de proceso, y dependiendo del tipo de combustible, el consumo oscilaría entre 0,7 m3/MWh eléctricos para la generación mediante ciclo combinado hasta 2,7 m3/MWh eléctricos a partir de la energía nuclear.
Según las previsiones efectuadas por las Naciones Unidas, se estima una población de 9.600 millones de habitantes en el año 2050, lo que traerá consigo un aumento del consumo energético e hídrico. La satisfacción de estos recursos empieza a ser un grave problema, agravado a su vez por la continua industrialización. La demanda de agua se incrementará en un 55%, siendo el incremento de la industria manufacturera de un 400%; el sector doméstico más de un 130% y del sector eléctrico, un 140%, según datos de la OECD (Naciones Unidas, 2014).
Al "Nexus Agua-Energía" se le debe sumar el común denominador, que no es otro que la continua contribución al calentamiento global debido a la emisión de gases de efecto invernadero en la gestión de los ciclos hídrico y energético. Lo anterior viene sustentado y reflejado en las distintas conclusiones del Protocolo de Kioto, de la Cumbre del Cambio Climático de París (COP21, 2015); así como las distintas acciones, tanto internacionales FCCC (Programa Marco de Convención del Cambio Climático), CDM (Mecanismo de desarrollo Limpio), OECD (Organización para Cooperaciones económicas y de desarrollo) entre otros; como la Estrategia 2020 de la Unión Europea, la cual marca el reto para el 2020 de un 20% de reducción de energía primaria, 20% de reducción de gases de efecto invernadero y 20% de penetración de energías renovables, entre otros.
El tratamiento de este trinomio es vital y a la vez complejo; en la figura 2 se representa las distintas interrelaciones entre Agua-Energía-Cambio Climático.
Con el objeto de cuantificar la repercusión específica de la emisión de gases de efecto invernadero en el ciclo del agua, tal y conforme se representa en la primera figura, la emisión de dióxido de carbono oscila entre 11.555 toneladas métricas de CO2 para un ciclo sin desalinización y de 28.000 toneladas métricas de CO2 para un ciclo con desalinización. A título de ejemplo, lo anterior equivaldría a la emisión de 11.000 coches circulando 20.000 km al año para el peor de los casos. Para la absorción del dióxido de carbono emitido se necesitaría plantar unos 2,5 millones de árboles, o lo que es lo mismo, entre 2.500 y 1.000 hectáreas de arbolado.
El reto que en la actualidad se pretende abordar es la mitigación del cambio climático en el ciclo del agua a través del fomento de la investigación y de la innovación en energías sostenibles, eficiencia energética y la integración de estas en dicho ciclo; pretendiendo optimizarlos, en todas y cada una de sus etapas desde el punto de vista energético.
La metodología estudia diferentes tecnologías que permite al ciclo ser menos dependiente en energía fósil, aprovechando la energía intrínseca que tiene el agua en su distribución; así como la generada por los procesos (química, térmica y mecánica) y la posible penetración de energías renovables externas (PV, eólico e hidroeléctrica potencial), lo que trae consigo un nuevo enfoque, creando un mix energético limpio con el propósito de reducir la huella de carbono, por lo que cualitativamente contribuirá a la creación de nuevas industrias y nuevos puestos de trabajo.
Como fehaciente confirmación de que este cambio de gestión hídrica es posible y para una mayor comprensión, a continuación se presentan una serie de actuaciones que lo verifica.
En el bombeo de agua subterránea, que antiguamente se hacía a través de energía procedente de la propulsión generada por animales, y posteriormente con energía mecánica (molinos); en la actualidad, y debido a la facilidad de almacenamiento de agua, esta demanda energética se puede satisfacer con tecnologías renovables, sostenibles y limpias (eólica, fotovoltaica, biomasa, etc..) obteniendo como resultado una nula emisión de CO2.
En cuanto al transporte y distribución de agua, y aprovechando las diferentes cotas (energía potencial) del transporte, se puede obtener energía hidroeléctrica que serviría para paliar el consumo de energía en el bombeo, así como con el aprovechamiento de la energía cinética en el impulso del agua dentro de las propias tuberías.
En el proceso de desalinización de las aguas, se puede integrar directamente energías renovables, operando la planta en diferentes regímenes de presión. Este nuevo concepto ha sido validado por el grupo de trabajo que suscribe en diferentes proyectos realizados por el mismo (Oprodes Proyect).
Por último, en el caso de las plantas de tratamiento de aguas residuales (Edars), se tiende a un cambio de concepto integral en el que las depuradoras se consideran, "factorías verdes", las cuales pueden producir fertilizantes bio-sólidos, biodiésel, energía eléctrica, así como agua reciclada para otros usos. Como dato destacable las Edars son capaces de producir cinco veces la energía consumida. Para una planta de 4.000 m3/día, sólo la producción de energía a partir de sus lodos sería de 624 KWhe de energía eléctrica y 2,5 millones de kilojulios de energía térmica. Uno de los principales resultados previstos en las investigaciones actuales de este grupo es el desarrollo de una economía baja en carbono y la obtención de un ciclo integral Zero-Net Carbon en estas plantas, adoctrinándolas como plantas de recuperación de recursos hídricos.
(*) Beatriz Del Río Gamero e Inés Prieto Prado son estudiantes de Doctorado de la ULPGC y Antonio Gómez Gotor es profesor emérito de la ULPGC
