La agricultura representa aproximadamente 90% del consumo total de agua en el oeste de Estados Unidos y alrededor del 80% en el resto del país.
Este año, las sequías, los incendios forestales feroces y las olas de calor extremo están convirtiendo las tierras de cultivo en polvo y los ranchos en rastrojos de pasto demasiado cortos para alimentar al ganado. Sin suministros de agua adecuados, los agricultores y ganaderos están sufriendo, enfrentando restricciones sin precedentes en el suministro de agua en los que han confiado durante décadas.
Pero incluso sin sequías históricas, la creciente demanda de agua limpia creará escasez, y pronto. Administradores de agua en 40 estados de EE. UU. esperan que una parte de su comunidad experimente déficits para el 2024. Pero hay una solución esperando en los desagües de escorrentía, las tierras de cultivo e incluso el océano.
A medida que la inseguridad hídrica crece y las poblaciones continúan aumentando, el país podría aprovechar fuentes no convencionales, como agua salada y aguas residuales, para la agricultura (incluida la irrigación y el manejo de animales), enfriamiento termoeléctrico, minería, extracción de petróleo y gas, procesos industriales y de manufactura, cuidado de parques y cementerios de la ciudad, e incluso agua potable.
Aún así, las barreras tecnológicas, económicas, sociales y culturales frenan el flujo de una economía circular del agua, donde el agua se puede reciclar una y otra vez. Es por eso que el Alianza Nacional para la Innovación del Agua (NAWI) recién publicado una hoja de ruta maestra para ayudar a orientar las futuras inversiones en tecnología nacional (e internacional) que no solo ayudarán a mantener los cultivos regados y el ganado bien alimentado, sino que también garantizarán que nadie tenga sed cuando las devastadoras sequías agoten nuestros suministros de agua.
El Departamento de Energía de EE. UU. Formó NAWI en 2019 para acelerar el desarrollo de tecnologías de desalinización energéticamente eficientes, que extraen sales y otras impurezas tanto del agua salada como de las aguas residuales. Su objetivo es que dichos dispositivos produzcan agua limpia con la misma (o superior) calidad que los métodos actuales de tratamiento de agua para el 90% de los recursos no tradicionales en los próximos 10 años. Dirigida por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en Berkeley, California, la colaboración de NAWI incluye el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL), el Laboratorio Nacional Oak Ridge, el Laboratorio Nacional de Tecnología Energética y más de 250 socios industriales y académicos.
No pierda. La creciente demanda de agua potable creará escasez, y pronto. Ahora, la nueva hoja de ruta de tecnología maestra de la Alianza Nacional para la Innovación del Agua puede guiar a las industrias a invertir en las tecnologías más prometedoras, para que podamos reciclar agua salada, aguas residuales y otros productos de desecho una y otra vez. Foto cortesía de la Alianza Nacional para la Innovación del Agua.
La hoja de ruta maestra sintetiza los resultados de la iniciativa NAWI Roadmapping 2020, que se centró en los desafíos técnicos en cinco sectores: energía, extracción de recursos (minería y exploración y producción de petróleo y gas), industrial, municipal y agrícola. Aunque NAWI publicó previamente hojas de ruta individuales adaptadas a cada industria, la hoja de ruta maestra recopila oportunidades de investigación que abarcan más de una industria y podrían acelerar la transición a una economía circular del agua.
“Las hojas de ruta específicas del sector nos dieron casi 90 cosas diferentes en las que podíamos enfocarnos”, dijo Jordan Macknick, analista líder de energía-agua-tierra de NREL y líder de área temática de NAWI para datos, modelado y análisis. “No hay una cantidad de dinero en el mundo que pueda abordar todos los que están en un proyecto de una manera coherente”.
La hoja de ruta maestra destila esas 90 opciones en una lista más pequeña de las que tienen el mayor potencial de impacto. Una de esas áreas es el costo.
Los dispositivos de desalinización que filtran los contaminantes del agua salada o las aguas residuales no son baratos. “Actualmente estamos usando estas tecnologías de separación a granel muy grandes, como la ósmosis inversa, que usan mucha energía y también son muy costosas, para eliminar trazas de contaminantes”, dijo Macknick. “Es casi como si estuvieras usando un mazo para poner una tachuela en un tablero de anuncios”.
Él y el equipo de NAWI en general están investigando formas de extraer contaminantes de forma más rápida, económica e inteligente. Por ejemplo, las tecnologías de separación a granel no son necesarias para extraer contaminantes microscópicos, como el selenio o el boro. Las tecnologías más pequeñas y precisas podrían realizar el mismo trabajo por menos dinero y menos energía.
Su objetivo es algo llamado paridad de tuberías. En Denver, Colorado, por ejemplo, si se agotan las fuentes de agua tradicionales, ¿qué sucede entonces? La ciudad podría bombear agua sobre las montañas, pero ese método se vuelve caro rápidamente. Si el equipo de NAWI puede diseñar tecnología que haga del agua reciclada la opción de respaldo más barata, eso es una victoria.
Pero el costo no es la única barrera.
“La industria del agua tradicionalmente conservadora es comprensiblemente reacia al riesgo”, dijo Macknick. “En general, eso es bueno para nuestra salud. Pero también hace que el ritmo de la innovación sea más desafiante “. Para incentivar a la industria del agua a incorporar fuentes de agua no tradicionales en su infraestructura actual, Macknick y el equipo interinstitucional deben reducir los costos pero también asegurarse de que la ciencia sea “a prueba de balas”, dijo Macknick.
Y la industria del agua no es el único grupo que necesita ser convencido. Algunos consumidores todavía se resisten a la idea de beber agua reciclada.
“Hay un problema de percepción importante cuando hablamos de reciclar o reutilizar agua que, de alguna manera, no es lo suficientemente limpia o tan pura como el agua que podemos obtener de un río y tratar, cuando de hecho, a menudo la tratamos a un nivel más alto. estándar que el agua que podríamos sacar directamente de un río ”, dijo Macknick.
Cambiar las percepciones puede llevar tiempo, pero, mientras tanto, NREL puede ayudar a acelerar el desarrollo de tecnologías más eficientes y rentables que acerquen el agua reciclada a un uso generalizado. Ningún avance tecnológico único hará el trabajo; El tratamiento del agua a menudo utiliza una docena de procesos diferentes unidos. Pero con el profundo conocimiento de NREL sobre análisis de sistemas, los investigadores del laboratorio pueden analizar estos procesos en su conjunto y determinar qué cambios podrían tener el mayor impacto.
NREL también lideró previamente el desarrollo de una herramienta analítica llamada Plataforma de Paridad de Tuberías de Evaluación Tecnoeconómica del Agua (Water-TAP3), que evalúa los costos de la tecnología del agua, el uso de energía, los impactos ambientales y las compensaciones de la resiliencia. Los investigadores de NREL también desarrollaron un repositorio de datos llamado Sistema de gestión y análisis de datos de agua (Water DAMS), un recurso nacional para la tecnología del agua y los datos de tratamiento. Y el laboratorio no solo recopila y analiza datos. Los investigadores de fabricación avanzada de NREL pueden ayudar a diseñar materiales completamente nuevos para extraer contaminantes con mayor velocidad y menor costo.
La nueva hoja de ruta maestra de NAWI ayudará a guiar la investigación futura en NREL y más allá. “La hoja de ruta maestra es lo que está guiando nuestras inversiones futuras”, dijo Macknick. “A medida que avanza el campo, no solo en los Estados Unidos y con NAWI sino también a nivel internacional, queremos que sea un documento vivo que cambie a medida que el sector avanza y se adapta”.
La nueva tecnología, desarrollada con la guía de la hoja de ruta maestra de NAWI, podría permitir a los agricultores reutilizar las aguas residuales e incluso algunos de sus contaminantes extraídos (fósforo y nitrógeno) como fertilizante. A medida que el cambio climático incita a más sequías, incendios forestales y olas de calor extremas, los agricultores y ganaderos podrían mantenerse a flote con fuentes de agua no convencionales.
A pesar de su nombre, no es necesario desperdiciar las aguas residuales.
Artículo cortesía de NREL.
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