/ domingo 12 de junio de 2022

El universo de Maxwell | La fuente de vida

El agua es la fuente de la vida: no podría existir ninguna especie en nuestro planeta sin el vital líquido. Sin embargo, en los últimos años hemos visto –con indiferencia– la forma como ha escaseado, hasta llegar a niveles críticos en algunas regiones. De forma paradójica, contamos con cantidades infinitas de agua en los mares, la cual no podíamos utilizar hasta hace unos años. En esta ocasión comentaremos sobre las nuevas tecnologías que permiten desalinizar el agua y aprovecharla para el consumo humano.

El agua es una sustancia que generalmente la encontramos en estado líquido en los ríos y océanos; también podemos hallarla en forma sólida (hielo) en los polos o en los lagos y ríos congelados, o en su forma gaseosa (vapor) en la atmósfera.

Henry Cavendish descubrió, en 1782, que el agua está formada por dos moléculas de hidrógeno y una de oxígeno (H20) mediante enlaces covalentes. Debido a sus características electroquímicas es un buen conductor de la electricidad. Es el solvente universal, ya que la gran mayoría de las sustancias se pueden disolver en ella. Tiene una cualidad de enorme adhesividad, por lo que puede mojar objetos y cuerpos, gracias a la polaridad de sus moléculas; también es un excelente conductor del calor.

Todos estudiamos alguna vez en la escuela el ciclo del agua, el cual es uno de los procesos bioquímicos más importantes que existen en el planeta. En este proceso el agua sufre una serie de transformaciones en los que pasa por sus tres estados:

Evaporación. El sol calienta los océanos y el resto de las superficies acuáticas, con lo que se evapora el agua y el aire se carga de humedad. En esta misma fase está incluida la transpiración de los seres vivos.

Condensación. Se produce cuando las moléculas de agua reducen su movilidad y se unen sobre partículas sólidas suspendidas en el aire. Así es como se forman las nubes.

Precipitación. Conforme se enfrían y condensan las gotas, crecen de tamaño y terminan cayendo debido a su peso, produciéndose las lluvias.

BENEFICIOS

De acuerdo con la Organización de las Naciones Unidas (ONU), el agua está en el epicentro del desarrollo sostenible y es fundamental para el desarrollo socioeconómico, la energía, la producción de alimentos, los ecosistemas y para la supervivencia de los seres humanos. El agua también forma parte crucial de la adaptación al cambio climático, y es un decisivo vínculo entre la sociedad y el medioambiente.

Además de las funciones que ejerce para el bienestar del planeta y de los ecosistemas, el agua aporta varios beneficios para la salud del ser humano: transporta los nutrientes hasta las células, es el medio en el que se disuelven los líquidos corporales, facilita la eliminación de toxinas y el exceso de nutrientes por la orina, ayuda a la piel, regula la temperatura corporal, mantiene hidratado el cerebro, auxilia en la normalización de la presión arterial, produce las reacciones de hidrólisis en la digestión, y funciona como lubricante y amortiguador en las articulaciones.

RETOS ACTUALES

El 71 % de la superficie terrestre está cubierto por agua; sin embargo, la mayor parte es salada y, por lo tanto, no es apta para el consumo humano. Únicamente el 3 % del agua de nuestro planeta es dulce, lo que –aunado a los problemas de sobrepoblación, pobreza y cambio climático– representa un grave problema para el futuro de nuestra civilización. Entre los principales desafíos podemos destacar los siguientes:

2200 millones de personas carecen de acceso a servicios de agua potable.

Casi 2000 millones de personas dependen de centros de atención de la salud que carecen de servicios básicos de agua.

297000 niños menores de cinco años mueren cada año debido a enfermedades diarreicas causadas por las malas condiciones sanitarias o agua no potable.

2000 millones de personas viven en países que sufren escasez de agua.

El 90 % de los desastres naturales están relacionados con el agua.

El 80% de las aguas residuales retornan al ecosistema sin ser tratadas.

La agricultura representa el 70 % de la extracción mundial de agua.

DESALINIZACIÓN

La desalinización es el procedimiento mediante el cual se eliminan las sales del agua a través de procesos físicos o químicos, con el fin de hacerla potable o útil para otros fines. Aunque se ha utilizado desde los tiempos de Aristóteles (siglo IV a.C.), quien propuso un método basado en evaporarla y volverla a condensar, su uso a gran escala apenas tiene unas décadas.

El proceso de desalinización representa una solución para los países que sufren escasez de agua –como el nuestro–, la cual se agravará en las siguientes décadas. Es muy utilizado actualmente en los países de Medio Oriente como una fuente de agua potable para sus ciudades que se encuentran en medio del desierto. Aunque presenta como desventajas un alto costo, gran consumo de energía y residuos que pueden ser dañinos para los ecosistemas marinos, las tecnologías utilizadas han evolucionado en los últimos años, con lo que se han reducido estos problemas.

Arabia Saudita es el primer país desalinizador por volumen y le sigue Emiratos Árabes Unidos. Otros países, como Kuwait y Qatar, también han apostado por esta técnica. A su vez, Israel cuenta con plantas desalinizadoras. En Estados Unidos, hay microplantas de desalinización cerca de casi todas las instalaciones de gas natural para aprovechar el calor residual. España ocupa un lugar importante, gracias al empuje de las Islas Canarias y la costa de Alicante y Murcia.

A continuación, comentaremos las principales técnicas para desalinizar el agua.

Ósmosis inversa. Es el proceso más usado y consume menos energía que el resto al basarse en el uso de membranas semipermeables que dejan pasar el agua, pero no la sal. Dichas membranas son de poliamida ultrafina, que se pueden contaminar con bacterias y por ese motivo el agua debe pasar un tratamiento.

Destilación solar. Imitando el ciclo del agua, consiste en evaporar agua de mar en grandes instalaciones con cubiertas donde se condensa y se recoge en forma de agua dulce. Aunque la energía usada es la propia del calor del sol, se requieren grandes extensiones de terreno.

Electrodiálisis. Consiste en mover el agua salada a través de membranas cargadas eléctricamente que atrapan los iones de sal disueltos en el agua, permitiendo extraer agua dulce.

Nanofiltración. Es un proceso que emplea membranas de nanotubos de mayor permeabilidad que las de la ósmosis inversa, lo que permite procesar más agua en menos espacio usando menos energía.

Formación de hidratos gaseosos. Los hidratos gaseosos son cristales sólidos que se forman al combinar el agua con un gas, por ejemplo, propano, a alta presión y baja temperatura. Durante el proceso desaparecen todas las sales e impurezas presentes y al elevar la temperatura se puede recuperar el gas quedando el agua dulce.

Como ejemplo podemos comentar que la ciudad de Dubai abastece más del 98% de su suministro de agua potable a partir de la desalinización, y que alrededor del 80 % del consumo doméstico de agua en las ciudades israelíes proviene de agua desalada. Actualmente, existen plantas de desalinización en 100 países, incluyendo varios de Latinoamérica.

CONCLUSIÓN

El desabasto de agua es, junto con el cambio climático, uno de los mayores problemas a los que se enfrentará la humanidad para su sobrevivencia en los próximos años. Aunque las plantas de desalinización de agua de mar consumen una gran cantidad de energía y representan una inversión considerable, es una excelente solución para proveer de agua potable a la población de muchos países.

Estamos ante la oportunidad de convertir un problema en una solución, la cual involucre al Gobierno, las grandes empresas y las universidades. Todos podemos colaborar con pequeñas acciones, y al mismo tiempo debemos exigir a las autoridades gubernamentales de los tres niveles que emprendan grandes acciones para solucionar el problema del suministro de agua, y a las compañías privadas que se comprometan a ayudar.

Aún estamos a tiempo, no permitamos que las imágenes apocalípticas sobre el futuro del alguna de algunas películas se vuelvan realidad en unos años.

rechavarrias@upv.edu.mx

El agua es la fuente de la vida: no podría existir ninguna especie en nuestro planeta sin el vital líquido. Sin embargo, en los últimos años hemos visto –con indiferencia– la forma como ha escaseado, hasta llegar a niveles críticos en algunas regiones. De forma paradójica, contamos con cantidades infinitas de agua en los mares, la cual no podíamos utilizar hasta hace unos años. En esta ocasión comentaremos sobre las nuevas tecnologías que permiten desalinizar el agua y aprovecharla para el consumo humano.

El agua es una sustancia que generalmente la encontramos en estado líquido en los ríos y océanos; también podemos hallarla en forma sólida (hielo) en los polos o en los lagos y ríos congelados, o en su forma gaseosa (vapor) en la atmósfera.

Henry Cavendish descubrió, en 1782, que el agua está formada por dos moléculas de hidrógeno y una de oxígeno (H20) mediante enlaces covalentes. Debido a sus características electroquímicas es un buen conductor de la electricidad. Es el solvente universal, ya que la gran mayoría de las sustancias se pueden disolver en ella. Tiene una cualidad de enorme adhesividad, por lo que puede mojar objetos y cuerpos, gracias a la polaridad de sus moléculas; también es un excelente conductor del calor.

Todos estudiamos alguna vez en la escuela el ciclo del agua, el cual es uno de los procesos bioquímicos más importantes que existen en el planeta. En este proceso el agua sufre una serie de transformaciones en los que pasa por sus tres estados:

Evaporación. El sol calienta los océanos y el resto de las superficies acuáticas, con lo que se evapora el agua y el aire se carga de humedad. En esta misma fase está incluida la transpiración de los seres vivos.

Condensación. Se produce cuando las moléculas de agua reducen su movilidad y se unen sobre partículas sólidas suspendidas en el aire. Así es como se forman las nubes.

Precipitación. Conforme se enfrían y condensan las gotas, crecen de tamaño y terminan cayendo debido a su peso, produciéndose las lluvias.

BENEFICIOS

De acuerdo con la Organización de las Naciones Unidas (ONU), el agua está en el epicentro del desarrollo sostenible y es fundamental para el desarrollo socioeconómico, la energía, la producción de alimentos, los ecosistemas y para la supervivencia de los seres humanos. El agua también forma parte crucial de la adaptación al cambio climático, y es un decisivo vínculo entre la sociedad y el medioambiente.

Además de las funciones que ejerce para el bienestar del planeta y de los ecosistemas, el agua aporta varios beneficios para la salud del ser humano: transporta los nutrientes hasta las células, es el medio en el que se disuelven los líquidos corporales, facilita la eliminación de toxinas y el exceso de nutrientes por la orina, ayuda a la piel, regula la temperatura corporal, mantiene hidratado el cerebro, auxilia en la normalización de la presión arterial, produce las reacciones de hidrólisis en la digestión, y funciona como lubricante y amortiguador en las articulaciones.

RETOS ACTUALES

El 71 % de la superficie terrestre está cubierto por agua; sin embargo, la mayor parte es salada y, por lo tanto, no es apta para el consumo humano. Únicamente el 3 % del agua de nuestro planeta es dulce, lo que –aunado a los problemas de sobrepoblación, pobreza y cambio climático– representa un grave problema para el futuro de nuestra civilización. Entre los principales desafíos podemos destacar los siguientes:

2200 millones de personas carecen de acceso a servicios de agua potable.

Casi 2000 millones de personas dependen de centros de atención de la salud que carecen de servicios básicos de agua.

297000 niños menores de cinco años mueren cada año debido a enfermedades diarreicas causadas por las malas condiciones sanitarias o agua no potable.

2000 millones de personas viven en países que sufren escasez de agua.

El 90 % de los desastres naturales están relacionados con el agua.

El 80% de las aguas residuales retornan al ecosistema sin ser tratadas.

La agricultura representa el 70 % de la extracción mundial de agua.

DESALINIZACIÓN

La desalinización es el procedimiento mediante el cual se eliminan las sales del agua a través de procesos físicos o químicos, con el fin de hacerla potable o útil para otros fines. Aunque se ha utilizado desde los tiempos de Aristóteles (siglo IV a.C.), quien propuso un método basado en evaporarla y volverla a condensar, su uso a gran escala apenas tiene unas décadas.

El proceso de desalinización representa una solución para los países que sufren escasez de agua –como el nuestro–, la cual se agravará en las siguientes décadas. Es muy utilizado actualmente en los países de Medio Oriente como una fuente de agua potable para sus ciudades que se encuentran en medio del desierto. Aunque presenta como desventajas un alto costo, gran consumo de energía y residuos que pueden ser dañinos para los ecosistemas marinos, las tecnologías utilizadas han evolucionado en los últimos años, con lo que se han reducido estos problemas.

Arabia Saudita es el primer país desalinizador por volumen y le sigue Emiratos Árabes Unidos. Otros países, como Kuwait y Qatar, también han apostado por esta técnica. A su vez, Israel cuenta con plantas desalinizadoras. En Estados Unidos, hay microplantas de desalinización cerca de casi todas las instalaciones de gas natural para aprovechar el calor residual. España ocupa un lugar importante, gracias al empuje de las Islas Canarias y la costa de Alicante y Murcia.

A continuación, comentaremos las principales técnicas para desalinizar el agua.

Ósmosis inversa. Es el proceso más usado y consume menos energía que el resto al basarse en el uso de membranas semipermeables que dejan pasar el agua, pero no la sal. Dichas membranas son de poliamida ultrafina, que se pueden contaminar con bacterias y por ese motivo el agua debe pasar un tratamiento.

Destilación solar. Imitando el ciclo del agua, consiste en evaporar agua de mar en grandes instalaciones con cubiertas donde se condensa y se recoge en forma de agua dulce. Aunque la energía usada es la propia del calor del sol, se requieren grandes extensiones de terreno.

Electrodiálisis. Consiste en mover el agua salada a través de membranas cargadas eléctricamente que atrapan los iones de sal disueltos en el agua, permitiendo extraer agua dulce.

Nanofiltración. Es un proceso que emplea membranas de nanotubos de mayor permeabilidad que las de la ósmosis inversa, lo que permite procesar más agua en menos espacio usando menos energía.

Formación de hidratos gaseosos. Los hidratos gaseosos son cristales sólidos que se forman al combinar el agua con un gas, por ejemplo, propano, a alta presión y baja temperatura. Durante el proceso desaparecen todas las sales e impurezas presentes y al elevar la temperatura se puede recuperar el gas quedando el agua dulce.

Como ejemplo podemos comentar que la ciudad de Dubai abastece más del 98% de su suministro de agua potable a partir de la desalinización, y que alrededor del 80 % del consumo doméstico de agua en las ciudades israelíes proviene de agua desalada. Actualmente, existen plantas de desalinización en 100 países, incluyendo varios de Latinoamérica.

CONCLUSIÓN

El desabasto de agua es, junto con el cambio climático, uno de los mayores problemas a los que se enfrentará la humanidad para su sobrevivencia en los próximos años. Aunque las plantas de desalinización de agua de mar consumen una gran cantidad de energía y representan una inversión considerable, es una excelente solución para proveer de agua potable a la población de muchos países.

Estamos ante la oportunidad de convertir un problema en una solución, la cual involucre al Gobierno, las grandes empresas y las universidades. Todos podemos colaborar con pequeñas acciones, y al mismo tiempo debemos exigir a las autoridades gubernamentales de los tres niveles que emprendan grandes acciones para solucionar el problema del suministro de agua, y a las compañías privadas que se comprometan a ayudar.

Aún estamos a tiempo, no permitamos que las imágenes apocalípticas sobre el futuro del alguna de algunas películas se vuelvan realidad en unos años.

rechavarrias@upv.edu.mx