IV. LA HIDROSFERA. DESALINIZACI�N DEL AGUA DEL MAR

LA NECESIDAD de agua en el hombre, los animales y las plantas es bien conocida. La vida se origin� en los oc�anos y sali� de ellos cuando aprendi� a desarrollar una piel impermeable, para retener el agua con ella. Somos, sin duda, animales de agua, s�lo que la tenemos por dentro, no por fuera.

La cantidad absolutamente indispensable para el mantenimiento de la vida de un adulto normal en el calor m�s intenso del desierto var�a de 7 a 15 litros, seg�n la temperatura y el tipo de actividad que realice. En clima templado, la cantidad de agua que el hombre necesita diariamente se calcula en 2 litros (Figura IV.1).

El agua se est� convirtiendo en un bien escaso, ya que no cesa de aumentar su consumo como resultado del crecimiento de la poblaci�n y el incremento del nivel de vida. En el tercer mundo, el consumo medio de agua por habitante es del orden de 50 litros diarios, mientras que en las naciones industrializadas sobrepasa los 500 litros por d�a (estos datos comprenden todos los usos).

La hidrosfera incluye los oc�anos, mares, r�os, agua subterr�nea, el hielo y la nieve. Los oc�anos cubren aproximadamente tres cuartas partes de la superficie terrestre, con una profundidad promedio de 3.5 km, lo que representa 97% del total de agua de nuestro planeta. En ellos se han encontrado al menos 77 elementos, siendo con mucho los m�s importantes Na y CI, que junto con el Mg y el bromo, Br, son de los pocos que se explotan comercialmente a partir del agua de mar. En la actualidad, se supone que pr�cticamente todos los elementos est�n presentes en los oc�anos (Cuadro IV.1).

CUADRO IV.1 Concentraci�n de algunos elementos en 1 km³ de agua de mar

Elemento	Miles de toneladas	Elemento	Kg

Cl	21 485	U	3 360
Na	11 883	Ag	240
Mg	1 536	Ne	120
S	1 003	Th	48
Br	73	Au	4.8

Aunque propiamente no del agua de mar, sino debajo de ella, del lecho marino del Pac�fico central, cerca de las islas de Hawai, se han iniciado las investigaciones para extraer n�dulos de manganeso, Mn (del tama�o de una pelota de golf o una papa peque�a). Estos n�dulos son una fuente renovable de minerales, ya que se forman a partir del manto al ritmo de entre 6 y 10 toneladas al a�o y contienen principalmente Mn y Fe, adem�s de cantidades peque�as de Ni, Cu, Co, Zn, Cr, U, W y Pb.

El agua dulce representa 3% del total y de esta cantidad aproximadamente 98% est� congelada, de all� que tengamos acceso unicamente a 0.06% de toda el agua del planeta.

Desde los tiempos prehist�ricos, los problemas suscitados por la cantidad y la calidad del agua fueron de soluci�n imprescindible para la existencia de las agrupaciones humanas. Cuando el agua escaseaba, sobreven�a el �xodo de los pueblos, el abandono de terrenos que una vez fueron f�rtiles y aun la desaparici�n de culturas milenarias.

Expertos sovi�ticos prev�n para el a�o 2015 el agotamiento de los recursos de agua consumible en las regiones habitadas del planeta. Sin embargo, en la Tierra estamos rodeados de agua salada. Si fuera posible quitar las sales del agua del oc�ano mediante un proceso barato, podr�an resolverse algunos de los problemas m�s urgentes de la humanidad. Las tierras �ridas que cubren m�s de una tercera parte de la superficie de los continentes (la tierra de cultivo equivale s�lo a una d�cima parte) podr�an ser f�rtiles otra vez.

La conversi�n del agua de mar en agua dulce no es una idea nueva. La destilaci�n, el m�todo b�sico para hacerlo, se practica desde hace 2 000 a�os, particularmente por los marinos. El hombre primitivo hizo otro tanto, pero si proced�a a la evaporaci�n del agua era para obtener sal.

Hoy en d�a, tanto desde el punto de vista geogr�fico como econ�mico, s�lo en situaciones especiales se ha justificado la instalaci�n de grandes plantas para desalar el agua de mar. El mejor ejemplo lo constituyen los pa�ses petroleros del Golfo P�rsico, donde hasta hace 35 a�os se ten�a que importar agua dulce por barco a un costo exorbitante. A partir de entonces se han ido construyendo grandes destiler�as de agua alimentadas por gas natural y petr�leo.

Comentaremos ahora brevemente los principales procedimientos para desalar el agua de mar. Estos son:

Figura IV.3. La distribuci�n geogr�fica de las capacidades instaladas de desalaci�n, en miles de m³ / d�a (enero de 1980), muestra que con 4 200 000 m³ / d�a, el Oriente Medio representa el 61% del total. Le siguen los Estados Unidos, que totaliza el 13%. Europa no representa m�s que el 5 por ciento.

El procedimiento m�s simple y barato para destilar agua de mar consiste en el invernadero destilador. El agua salada se calienta en el interior de un invernadero por la acci�n de los rayos solares.

El vapor que se forma se condensa sobre los cristales, y las gotas de agua se recogen en un canal. Un destilador de este tipo funcion�, durante 40 a�os, en las salinas de Chile a finales del siglo pasado, donde suministraba 20 m³ por d�a de agua dulce. Sin embargo, las posibilidades de este sencillo procedimiento son limitadas, ya que la producci�n no puede sobrepasar los 4 o 5 litros por d�a y por m² de superficie de agua.

Para destilaciones a gran escala se emplea el m�todo de evaporaci�n s�bita. Agua de mar bajo presi�n se calienta a 100� C y se introduce en una c�mara que se encuentra a una presi�n menor. El resultado es una evaporaci�n instant�nea por descompresi�n, llamada destilaci�n s�bita. El vapor se condensa en tubos por los que fluye agua de mar fr�a, calent�ndola.

El agua dulce se separa, mientras que el agua salada no evaporada pasa a otra c�mara que tiene una presi�n menor que la primera. La vaporizaci�n instant�nea ocurre otra vez, la temperatura del agua salada disminuye, mientras que la del agua de mar que corre por los tubos, para condensar el vapor, aumenta.

En este procedimiento el intercambio de calor es muy eficiente. Cuando agua de mar a 20� C es calentada a 100� C, evaporada en varias c�maras y eventualmente descargada a 30� C otra vez al mar, las p�rdidas de calor son escasas.

En la actualidad esta t�cnica representa 70% de la capacidad instalada en la Tierra. Sus desventajas son la corrosi�n y las incrustaciones de sales como carbonato de calcio (CaCO₃), hidr�xido de magnesio (Mg (OH)₂) y sulfato de calcio (CaSO₄).

Figura IV.5. Evaporaci�n s�bita. Diagrama del proceso. Mediante un proceso similar al que se ilustra, la planta de Shuaiba, en Kuwait, una de las mayores del mundo, produce casi 50 millones de litros de agua dulce por d�a, en cada una de sus unidades.

En estos procesos se utilizan membranas de pl�stico para permitir el paso selectivo de iones (electrodi�lisis) o agua (�smosis inversa).

La primera instalaci�n para electrodi�lisis data de 1960. El proceso consiste, como se muestra en la figura IV.6, de dos electrodos con cargas diferentes, separados por una serie de c�maras en las cuales se encuentran membranas ani�nicas (es decir, son permeables �nicamente a los aniones; por ejemplo, Cl ^-, S0₄^-2, etc.). Cuando no hay paso de corriente mediante los electrodos, cada compartimiento est� lleno de agua salada. Al aplicarse la corriente el�ctrica, los iones migran hacia el electrodo de polaridad opuesta, pasando por la membrana cati�nica. El Na⁺, el Ca⁺² y el Mg⁺² se mueven hacia el electrodo negativo y se detienen al llegar a la membrana ani�nica; lo mismo sucede con los aniones: migran a trav�s de la membrana ani�nica y son detenidos por la cati�nica. Despu�s de cierto tiempo se tienen compartimientos alternadamente llenos de salmuera y de agua dulce. Este proceso se emplea en Jap�n, la Uni�n Sovi�tica, Israel, Estados Unidos y Holanda, entre otros pa�ses.

Figura IV.6. Principios de la electrodi�lisis. (a) Conjunto de celdas separadas por membranas selectivas a los cationes (C) o a los aniones (A), antes de pasar la corriente el�ctrica. (b) Despu�s de pasar la corriente.

El segundo procedimiento con membrana, la �smosis inversa, se ha desarrollado m�s recientemente. La �smosis consiste en el transporte espont�neo de un disolvente de una soluci�n diluida a otra m�s concentrada, a trav�s de una membrana semipermeable.

Cuando se encuentran agua dulce y de mar en lados opuestos de una membrana que es permeable �nicamente al agua, se observa un flujo de agua dulce al agua salada. Para que este fen�meno no se presente, es decir, para que no haya transferencia del disolvente que diluya la soluci�n salada, se requiere aplicar una presi�n llamada presi�n osm�tica. El proceso de �smosis inversa consiste en aplicar sobre la soluci�n concentrada en sales (agua de mar) una presi�n mayor que la osm�tica. El agua pasa por medio de la membrana en direcci�n contraria, aumentando el volumen total del agua dulce.

Un gran problema que enfrentan los procedimientos de membrana son las incrustaciones de sales y los de dep�sitos de materias org�nicas presentes en el agua de mar; de all� que las unidades de �smosis exijan un pretratamiento importante, particularmente filtraci�n sobre arena o tierra de diatomeas.

Figura IV.7. �smosis. Si en un compartimiento hay agua pura y en el otro salada, se observa un flujo de la primera hacia el compartimiento con agua salada: es el fen�meno de la �smosis. Si se intenta impedir este flujo de agua aplicando una presi�n sobre la soluci�n m�s concentrada, disminuye la cantidad de agua que traspasar� por �smosis. Al aumentar dicha presi�n llegar� un momento en que el flujo de agua se detendr�. Esta presi�n de equilibrio es la denominada presi�n osm�tica.

El tercer m�todo, objeto de intensos estudios en la actualidad, es el que consiste en desalar el agua de mar por congelaci�n. Cuando el agua salada se congela, el hielo pr�cticamente no contiene nada de sal. Puede entonces obtenerse agua dulce a partir del congelamiento parcial del agua de mar, separando el hielo y luego derriti�ndolo. La congelaci�n supera a la destilaci�n ya que se necesita menos energ�a para congelar el agua que para evaporarla, y en que no hay formaci�n de dep�sitos minerales en las m�quinas, como ocurre cuando se debe llegar a altas temperaturas. La mayor desventaja de este proceso consiste en la dificultad de eliminar la salmuera que tiende a adherirse a los cristales de agua dulce congelada.

El remolque de icebergs de las regiones polares a lugares que requieren agua dulce se relaciona con este proceso. Esta experiencia se realiz� en 1890 y en 1900, cuando varios barcos arrastraron peque�os icebergs hasta Valpara�so, en Chile, y el Callao, en Per�, cubriendo una distancia de casi 4 000 km. Sin embargo, hay a�n muchos problemas t�cnicos por resolver, como la ruptura del iceberg durante el viaje y la distribuci�n del agua en el lugar requerido.

Las t�cnicas para desalar el agua de mar est�n bien establecidas. No obstante, el precio del metro c�bico de agua dulce producido es todav�a muy alto, lo que las limita a los pa�ses ricos o a los que tienen energ�ticos baratos, como los pa�ses productores de petr�leo.

Para terminar con el m�todo de congelaci�n, un detalle curioso. Hace unos 10 000 a�os, al t�rmino de la �ltima glaciaci�n en los glaciares de Groenlandia y la Ant�rtida, se encontraba 80% del agua dulce del planeta en estado s�lido. Una sociedad danesa est� lanzando al mercado cubos de hielo cortados directamente de los icebergs. Al fundirse el hielo, las microsc�picas burbujas de aire en �l atrapadas hace miles de a�os, dan la efervescencia del agua gaseosa a las bebidas donde se colocan dichos cubos.

Se estima que para el a�o 2000 nuestro pa�s tendr� una baja disponibilidad de agua dulce (entre 1 000 y 5 000 litros anuales por persona, es decir, aproximadamente de 3 a 15 litros diarios), de ah� que el conocimiento y la puesta en marcha de t�cnicas para desalar agua de mar resulten de particular importancia.

Sin embargo, el problema no se resuelve �nicamente con importar grandes y costosos equipos del extranjero, sino que resulta imprescindible la capacitaci�n del personal id�neo a diferentes niveles de organizaci�n.

A pesar de que en diversos estados funcionan plantas desaladoras, un ejemplo de la situaci�n por la que atraviesan las plantas en M�xico es el caso de Quintana Roo. En este estado hay varias plantas de �smosis inversa, como las de Xcalak, cerca de Chetumal, Isla Contoy y Cozumel; no obstante, pr�cticamente todas ellas est�n abandonadas, ya sea por falta de refacciones (en la actualidad para este proceso m�s de 50% del equipo es de importaci�n), o porque realmente nunca falta agua en las comunidades donde se instalaron.

Resulta entonces fundamental que el gobierno, a trav�s de la SEDUE, emita pol�ticas y normas sobre la tecnolog�a para desalar agua de mar, de acuerdo con las circunstancias de nuestro pa�s.

Nos estamos quedando sin agua dulce, por lo que tenemos que aprender a optimizar las diversas formas para desalar el agua de mar. Con esta idea concluye nuestro tr�nsito por la hidrosfera.

Figura IV.8. Disponibilidad proyectada de agua per capita en el inicio del nuevo siglo. Tomada de "Los recursos del mundo en el a�o 2000", Ciencia y Desarrollo, septiembre-octubre de 1983.

Candel, R., El agua en la vida, Libros de bolsillo, El Correo de la Unesco, Promoci�n Cultural, Barcelona, 1974.

Cifuentes, J. L., P. Torres Garc�a y M. Fr�as, El oc�ano y sus recursos II. Oceanograf�a geol�gica y oceanograf�a qu�mica, VIII. El aprovechamiento de los recursos del mar, colecci�n "La Ciencia para todos", 12 y 67, FCE, M�xico, 1986 y 1988.

Maurel, A., "La desalinaci�n del agua de mar", Mundo Cient�fico 1, 296 (1981).

"Los recursos del mundo en el a�o 2000", Ciencia y Desarrollo (septiembre-octubre de 1983).