Technoeconomic Framework for Evaluating Desalination and Brine Management Pathways across the United States

El agua es el recurso más esencial para la vida humana, pero la forma en que accedemos a ella está cambiando. Durante siglos, las sociedades han dependido de ríos, lagos y acuíferos subterráneos para satisfacer sus necesidades. Pero a medida que las poblaciones crecen y los climas cambian, estas fuentes tradicionales se están viendo presionadas o agotadas. En respuesta, los ingenieros se han vuelto hacia los océanos y las capas más profundas y salinas de la Tierra en busca de agua dulce. El proceso de eliminar la sal del agua, conocido como desalinización, es una herramienta poderosa, pero crea un subproducto: un líquido espeso y salado llamado salmuera. Gestionar este residuo es tan crítico como producir el agua dulce misma. Si no se trata, la salmuera puede dañar el medio ambiente, pero deshacerse de ella cuesta dinero y energía. La pregunta central que enfrentan los planificadores de agua hoy en día no es solo cómo producir agua dulce, sino cómo hacerlo de una manera que sea asequible y segura, dependiendo de dónde se encuentre una comunidad y de qué tipo de agua salada tengan para empezar.

Un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia ha desarrollado una nueva forma de responder a esta pregunta para todos los Estados Unidos. Crearon un mapa detallado que calcula el costo real de convertir diferentes tipos de agua salada en agua dulce, considerando también el gasto de lidiar con la salmuera sobrante. Su trabajo analiza tres fuentes principales de agua salada: el agua de mar de la costa, el agua salobre subterránea que se encuentra en el interior y el agua producida, que es un líquido salado que sale a la superficie durante la perforación de petróleo y gas. Para cada fuente, probaron tres formas diferentes de manejar los residuos: verterlos de nuevo en el océano, inyectarlos profundamente en el subsuelo o utilizar un sistema complejo para evaporar toda el agua y recuperar la sal sólida. Al realizar miles de cálculos en todo el país, descubrieron que la mejor solución depende enteramente de dos cosas: qué tan salada es el agua y qué tan lejos está el sitio del océano.

Los investigadores descubrieron que para las ciudades costeras, el enfoque más simple suele ser el mejor. Si una planta está cerca del mar, puede bombear agua de mar a través de un filtro para producir agua dulce y luego devolver la salmuera salada al océano. Este método es barato, con un costo de entre uno y un dólar y medio por cada metro cúbico de agua producida. Sin embargo, esta opción se vuelve poco práctica cuanto más tierra adentro se encuentra una ciudad. Transportar agua dulce desde la costa hasta un lugar como Denver, por ejemplo, añade tanto costo que el precio total salta a unos tres dólares y medio por metro cúbico. El estudio muestra que para las zonas del interior, tiene más sentido tratar el agua salada local en lugar de transportar agua desde la costa.

Al observar las fuentes del interior, el tipo de agua importa enormamente. Para las zonas con aguas subterráneas ligeramente salinas, la forma más económica de manejar el residuo es bombearlo profundamente en el subsuelo hacia formaciones geológicas, un método llamado inyección en pozos profundos. Esto evita el alto costo de transportar el pesado líquido salado de regreso al océano. Los investigadores encontraron que para el agua de baja salinidad que se encuentra lejos de la costa, intentar recuperar la sal suele ser una propuesta financiera perdedora. El equipo necesario para evaporar el agua y recolectar la sal es caro de construir y operar, y la pequeña cantidad de sal recuperada no puede pagar el proceso. En estos casos, el costo de producir el agua se mantiene entre uno y tres dólares por metro cúbico, pero el sistema de recuperación de sal añade demasiado gasto extra para que valga la pena.

La situación cambia cuando el agua es muy salada, como el agua producida de las operaciones de petróleo y gas. En estos casos de alta salinidad, la economía se invierte. Debido a que hay tanta sal en el agua, un sistema que recupere la sal puede, de hecho, ganar dinero vendiéndola. Estos ingresos ayudan a compensar el alto costo del equipo necesario para concentrar y cristalizar la salmuera. El estudio sugiere que para estas fuentes específicas del interior, que son muy salinas, un sistema de descarga cero de líquidos —donde ninguna agua sale de la planta como residuo— es una opción viable y, a veces, preferida. Los investigadores señalaron que para estas alimentaciones de alta sal, la recuperación de sal puede convertir un costoso problema de residuos en una fuente de ingresos, haciendo que todo el proceso sea más asequible.

Para visualizar estos hallazgos, el equipo creó una guía que actúa como una herramienta de decisión para los planificadores de agua. Muestra que si una comunidad se encuentra a aproximadamente 500 o 700 kilómetros de la costa, bombear agua de mar y descargar la salmuera en el océano es el camino más barato. Si la comunidad está más hacia el interior pero tiene agua con bajo contenido de sal, inyectar el residuo en el subsuelo es la mejor opción. Si el agua del interior es muy salada, entonces recuperar la sal se convierte en la estrategia económica más sensata. Este marco de trabajo ayuda a ir más allá de un enfoque de "talla única", reconociendo que una solución que funciona para una ciudad costera en California no funcionará para un pueblo en medio del país.

El estudio también comparó estos métodos de desalinización con otra tecnología emergente: extraer agua directamente del aire. Aunque capturar la humedad de la atmósfera podría parecer una solución perfecta para los lugares secos, los investigadores encontraron que es significativamente más cara que la desalinización, costando aproximadamente once a trece dólares por metro cúbico. Este alto precio significa que extraer agua del aire es solo una opción realista para comunidades muy pequeñas y remotas donde no hay agua salada disponible y transportar agua desde cualquier otro lugar es imposible. Para la gran mayoría de la población, el camino a seguir reside en la gestión de las fuentes de agua más salinas que ya están presentes en el suelo y en el mar.

En última instancia, esta investigación proporciona una hoja de ruta clara y basada en datos para el futuro del agua en los Estados Unidos. Confirma que, si bien la desalinización es una herramienta necesaria para combatir la escasez de agua, su éxito depende de emparejar la tecnología adecuada con la ubicación adecuada. Al comprender los costos específicos de transporte, la salinidad del agua local y el valor de los productos de residuo, las comunidades pueden elegir un camino que no solo sea técnicamente posible, sino también económicamente sostenible. El trabajo sugiere que, con una planificación cuidadosa, los Estados Unidos pueden expandir su suministro de agua dulce para satisfacer las necesidades de su creciente población sin quebrar el banco ni dañar el medio ambiente.