En esta tarea, analizaremos más detalladamente cómo funciona la ósmosis inversa y cómo se puede optimizar el proceso para ahorrar energía en los sistemas de desalinización. Pero, antes, una definición rápida:

La ósmosis es un proceso natural en el que un líquido pasa a través de una barrera semipermeable hasta que se alcanza un equilibrio. Puede tratarse, por ejemplo, de agua dulce infiltrándose en agua de mar hasta que la cantidad de moléculas de agua es la misma a ambos lados de la barrera.

La ósmosis inversa es una tecnología de desalinización que invierte el proceso.
Usando bombas de alta presión, el agua de mar se empuja a través de una membrana para separar las moléculas de agua de los minerales, las bacterias y otras impurezas. El resultado es un agua perfectamente limpia y potable.

Con objeto de lograr la ósmosis inversa, la bomba debe contar con potencia suficiente como para superar la presión osmótica: una propiedad que depende de la composición del agua y determina la cantidad de presión necesaria para evitar la ósmosis. La gran cantidad de energía tradicionalmente requerida para ello ha hecho de la ósmosis inversa un proceso costoso.

A fin de convertir la desalinización en una solución económicamente viable para afrontar los retos de escasez de agua en el mundo, es necesario optimizar el sistema de ósmosis inversa. El mejor modo de hacerlo consiste en aprovechar la energía de la salmuera concentrada que expulsan las membranas a alta presión y reutilizarla en el proceso.

Echemos un vistazo a dos opciones:

El primer método incluye la instalación de una bomba accionada por turbina para proporcionar apoyo a las bombas de alta presión. La bomba de turbina se acciona exclusivamente mediante la salmuera y no consume energía adicional.

No obstante, permite reducir notablemente la potencia consumida por las bombas principales y rebajar el gasto energético hasta en un 33 %.

En el caso del intercambiador de presión, la salmuera, sometida a una elevada presión, impulsa un rotor que, a su vez, aumenta la presión del agua de mar entrante. Puesto que el intercambio de presión es hidráulico y no mecánico, como sucede en el caso de las turbinas, la pérdida de presión es de sólo un 2 %, lo que deja un 98 % de energía pura para el proceso de ósmosis inversa.

Ello reduce considerablemente la carga de las bombas de alta presión. De hecho, en un sistema con una tasa de recuperación de agua del 40 %, el intercambiador de presión suministra el 60 % de la energía necesaria, lo que reduce drásticamente los costes operativos. Dependiendo de la ubicación, el plazo de amortización para este tipo de sistemas es de, aproximadamente, 6 meses.

Entonces, recapitulemos:

Tradicionalmente, la ósmosis inversa ha sido una forma costosa de convertir el agua de mar en agua potable, ya que el proceso depende de bombas de alta presión para superar la presión osmótica. Este proceso consume grandes cantidades de energía.

La energía hidráulica que posee la salmuera residual, altamente presurizada, se puede reutilizar con ayuda de dispositivos de recuperación de energía como, por ejemplo, bombas accionadas por turbina o intercambiadores de presión. Ello reduce considerablemente el consumo energético.

Un intercambiador de presión es, con diferencia, el método más eficiente. Transfiere al agua de mar entrante el 98 % de la energía que posee la salmuera a alta presión, recuperando hasta un 60 % de la energía necesaria para alimentar el proceso.