PANORAMA NUCLEAR
La
energía nuclear para la desalinización del agua de mar
The nuclear energy for seawater desalination
Juan Francisco Zúñiga Santana, Manuel Fernández Rondón, Iraida Oviedo Rivero, Katia González Sánchez, Belkis Soler Iglesias
Centro de Gestión
de la Información y Desarrollo de la Energía CUBAENERGÍA)
Calle 20 N° 41I 1 el 18-A Y47, Miramar, Playa, Ciudad de La Habana, Cuba
RESUMEN
En el artículo se muestra la aplicación de la energía nuclear para desalinizar el agua de mar, como una opción a tener en cuenta ante la creciente escasez de agua potable a nivel mundial. Los trabajos referenciados en la base de datos del Sistema Internacionalde InformaciónNuclear nos brindan una panorámica de algunas de las actividades que en materia de desalinización nuclear se desarrollan en la actualidad, los principales países e investigadores, asi como las revistas científicas sobre el tema. Se concluyó que existe una tendencia creciente en cuanto al empleo de la desalinización y que los resultados de los diferentes estudios en el tema de la desalinización nuclear realizados por el Organismo Internacional de Energia Atómica indican una diversidad de combinaciones y opciones para explotar los mares.
ABSTRACT
The work presents the experience in the application of nuclear energy for seawater desalination as a feasible option to be considered to confront the growingshortage of drinkingwater at world level.The referenced works in the lnternational Nuclear InformationSystem database show an overviewof some of the scientificactivitiesrelated to nuclear desalination that are being carried out at present, the main countries and researchers, as well as scientific magazines on this subject. It was concluded that there was an increasing tendency towards the use of desalination and that the results of different studies on nuclear desalination performed by International Atomic Energy Agency showed a diversity of combinations and options to exploit seas.
Key words: desalination, feasibility studies, comparativa evaluations, seawater, INIS, nuclear energy
INTRODUCCION
El agua dulce es
un elemento vital para la vida. De toda el agua existente en el planeta, solamente
el 2,5% es agua dulce en sus diferentes formas, el resto es agua de mar (97,5%).
No obstante, algunas regiones del mundo tienen escasez de agua y en otras su
uso está limitado por la contaminación. Además muchas áreas
húmedas
sufren la falta de agua debido a los malos sistemas y prioridades de distribución.
Mientras tanto el agua dulce escasea y los servicios de suministro y saneamiento
son cada vez más pobres.
Las enormes reservas
de agua de mar y aguas salobres de distintas procedencias, al mismo tiempo que
las dificultades planteadas ya en muchos paises ante la escasez de agua dulce,
han obligado a tener en cuenta las posibilidades de su tratamiento económico
y actualmente existe un gran interés en la realización de programas
de
entrenamiento y proyectos de investigación-desarrollo relativos a las
diferentes tecnologías de desalinización.
Las tecnologías
de desalinización han sido bien establecidas desde mediados del siglo
XX y son ampliamente desarrolladas en muchas partes del mundo que tienen problemas
con la falta de agua.
La energía
para las plantas desalinizadoras se suministra generalmente en forma de vapor
o electricidad mayormente usando combustibles fósiles. El uso intensivo
de los combustibles fósiles tiene un impacto en el medio ambiente, especialmente
en lo relacionado con la emisión de gases de efecto invernadero, por
ello la desalinización del agua de mar usando la energía nuclear
se presenta como una opción a tener en cuenta ante la creciente demanda
de agua dulce en muchas partes del mundo.
En el artículo
se examinan algunos aspectos de la desalinización del agua de mar usando
la energía nuclear, los resultados de la búsqueda realizadasobre
el tema en la base de datos del Sistema Internacional de Información
Nuclear (INIS) y se informa de algunas de las acciones de la desalinización
nuclear que se desarrollan en la
actualidad.
Desalinización
Nuclear
Estudios recientes
muestran que en la actualidad 1,7 billones de personas viven en áreas
de escasez de agua, donde la disponibilidad de este recurso por persona es menor
de 1000 m3/año. Es un hecho que la situación con el
agua empeorará cada vez más. Se pronostica que para el año
2025 el número de personas que sufrirán la tensión o falta
de agua crezca a 3,5 billones de personas y de ellas 2,4 billones vivan en regiones
de escasez de agua [1].
Es evidente cada
vez más, la utilización de todas las tecnologías disponibles
y apropiadas, incluidas las nucleares y conexas para la obtención de
agua dulce. Un ejemplo de ello es la desalinización del agua de mar utilizando
la
energia nuclear, ya que el calor preveniente de un reactor nuclear o la electricidad
generada por las centrales nucleares se pueden utilizar en las instalaciones
de desalinización.
La desalinización,
conocida también como desalación, es el proceso por el cual el
agua de mar que contiene más de 35 000 ppm (partes por millón)
del total de sólidos disueltos (TSD) y las aguas salobres que contienen
de 5000 a 10000 ppm de TSD, se convierten en agua apta para el consumo del hombre,
uso doméstico e industrial.
La desalación
nuclear es la producción de agua potable a partir de agua de mar en una
instalación donde un reactor nuclear se utiliza como fuente de energía
(eléctrica o térmica) para el proceso de desalación. La
instalación se puede dedicar exclusivamente a la producción de
agua potable, o se puede utilizar para generar electricidad y producir agua
potable, donde sólo se utiliza una parte del insumo total de energia
del reactor para producir agua. En cualquier caso, el concepto de desalación
nuclear se interpreta en el sentido de una instalación integrada en el
que, tanto el reactor como el sistema de desalación se encuentran en
un emplazamiento común y la energía necesaria para el sistema
de desalación se produce en el lugar. El concepto también entraña,
al menos en cierto grado, instalaciones, personal y estructuras comunes o compartidas
[2].
El Organismo Internacional
de Energía Atómica (OIEA) está entre los organismos de
la Naciones Unidas que ofrece una amplia diversidad de respuestas a la crisis
de agua, proporciona técnicas para mejorar la gestión de las aguas
subterráneas y promueve el desarrollo de la desalinización para
convertir el agua salada en agua dulce. El OIEA viene consíderando desde
1960, la posibilidad de combinar la utilízación de la energía
nuclear con el proceso industrial de suministrar agua potable mediante la desalinización
del agua de mar.
A solicitud de
los Estados Miembros, el OIEA realizó varios estudios técnicos
y económicos entre los años 1964 y 1967, los cuales se publicaron
en los informes técnicos No. 24, 51, 69 y 80. En esa época se
llevaron a cabo prototipos y proyectos de demostración en materia de
desalación nuclear. La antigua Unión Soviética realizó
el diseño y la construcción del complejo Shevchenko (actualmente
complejo Aktau, en Kazajstán), en esta Central Nuclear se utiliza un
reactor rápido refrigerado por metal líquido (BN-350) que entró
en explotación en el año 1973 y a partir de esa fecha ha suministrado
electricidad y calor para la producción de agua potable [3].
La tecnología
nuclear es una tecnología probada que proporciona más del 16%
de la electricidad mundial suministrada en 30 países. Una experiencia
de operación de más de 10 000 reactor-años se ha acumulado
en las últimas cinco décadas. En los últimos años
se ha explorado la opción de combinar la energía nuclear con la
desalinización del agua de mar para abordar los problemas de carencia
de agua.
La desalinización
del agua de mar usando la energía nuclear es una opción factible
para enfrentar la creciente demanda de agua potable.
La desalinización
nuclear en todo el mundo ha acumulado una experiencia de operación de
150 reactor-años. Diferentes programas y proyectos de desalinización
nuclear en ejecución, confirman la viabilidad técnica y económica
de acuerdo con las condiciones específicas de cada país, lo cual
se realiza con soporte técnico del OIEA [4].
Procesos de
Desalinización
De los métodos de desalinización actualmente existentes, los proceso!> tecnológicamente viables a escala industrial son:
. Evaporación súbíta por efecto flash (MSF)
. Destilación multiefecto (MED)
. Termo compresión de vapor (TVC)
. Compresión mecánica de vapor (MCV) .Ósmosis inversa (RO)
. Electrodiálisis (ED)
. Procesos que
combinan la destilación multiefecto o la evaporación súbita
por efecto flash con la ósmosis inversa.
En todos ellos
la energía (eléctrica y térmica) para el proceso de desalinización
se puede obtener deun reactor nuclear. En la tabla 1 se muestra un resumen de
las tecnologías utilizadas en la desalinización y algunas características.
Presencia de
la desalinización en la base de datos INIS
Las aplicaciones
nucleares en el mundo son ampliamente utilizadas desde hace varias décadas,
ello se aprecia en el quehacer científico reflejado en el INIS1.
En la base de datos INIS, la producción científica de artículos en el tema de desalinización se ha mantenido durante más de 30 años. En este período aparecen registrados más de 1161 artículos y su trayectoria refleja un auge en los inicios de la década del 70 y luego de un descenso de 9 años, ahora vuelve a mostrar ligeras líneas de ascenso en el interés mundial por esta tecnología (figura 1).
De acuerdo con
las referencias analizadas los autores más productivos en el tema son
los especialistas indios Misra, B.M., jefe de la división de desalinización
del Bhabha Atomic Research Centre con 40 artículos, y Ramani, M.P.S,
del mismo instituto con 16, también resaltan los chinos Zhang Dafang
(15 referencias), del Institute
of Nuclear Energy Technology Univ., Beijing, y Dong Duo (14 referencias), dellnstitute
of Nuclear Energy Technology, Tsinghua University, se encuentra también
el experto del OIEA, señor Kupitz, J. con 22 trabajos referenciados.
Otro aspecto mostrado por las referencias de la base datos INIS es la producción de artículos por países en el tema de la desalinización y las revistas científicas que lo publican. En la figura 2 los países más productivos son: Estados Unidos, Japón, Alemania e India. En cuanto a las publicaciones en revistas son el International Atomic Energy Agency Bulletin Austria (Boletín traducción al inglés de la Soviet Atomic Energy con 9, la Nuclear Engineering and Design 8 y la revista Desalinitation con 7, además de otros 24 titulos de revistas que no se listan, ya que el número de artículos es menor de 5.
Las referencias
INIS muestran además la utilización mundial de las diferentes
tecnologías a partir de los artículos científicos sobre
el tema (tabla 2). En este aspecto se destacan las tecnologías que utilizan
la energía nuclear, la
evaporación y la ósmosis inversa como las más tratadas.
Sítuación actual
En la actualidad los países están aumentando su capacidad para explotar los océanos, como una opción cada día más viable para resolver el problema de la escasez mundial de agua, en la figura 3 se muestra la tendencia en cuanto a la capacidad de las plantas de desalación hasta el año 2010.
EL OIEA promueve proyectos de colaboración en esta temática. La experiencia acumulada en el tema es muy amplia y continúa desarrollándose, así como los planes para la desalinización basada en diferentes tipos de reactores nucleares (tabla 3). Aunque la mayoría de las tecnologías se utilizan en tierra firme, también se incluye la iniciativa de Rusia de montar plantas de desalinización en barcazas. Las plantas de desalinización flotante pueden ser especialmente atractivas para responder a la demanda temporal de agua potable sobre todo en los lugares cercanos a las costas [5].
A continuación se detallan proyectos de desalinización nuclear llevados a cabo por algunos de los Estados Miembros del OIEA:
. Argentina: ha identificado un lugar para un reactor pequeño (CAREM), el cual se debe usar para la desalinización.
. Canadá: tiene un proyecto por tres años para validar los conceptos de diseño del sistema de ósmosis inversa.
. China: prosigue con varios proyectos conceptuales de desalinización nuclear usando reactor calórico del tipo NHR para ciudades
. chinas costeras. Francia: ha comenzado estudios económicos y de factibilidad en desalinización nuclear.
. Egipto: ha completado
un estudio de factibilidad por dos años f)ara una planta de cogeneración
nuclear (electricidad yagua) en .EI-Dabaa. India: está construyendo una
planta de demostración en Kalpakkam usando un
sistema de desalinización híbrido (MSF-RO) de 6300 m3/día.
.La República de Corea: prosigue con el proyecto SMART (System-Integrated Modular Advanced Reactor). El trabajo está en la fase de diseño básico. El proyecto está diseñado para producir40 000 m3/díade agua potable.
. Pakistán: está considerando el acople de una planta de desalinización térmica MED de 4 800 m3/díade capacidad con un reactor del tipo PHWR en KANUPP.
. Rusia: continúa con el proyecto y licenciamiento de plantas de cogeneración flotante basado en una unidad de energía nuclear flotante (NFPU) con reactores KLT-40C.
. Túnez:
ha emprendido algunos estudios para seleccionar un proceso de desalinización
conveniente e identificar qué proceso se debe acoplar a un reactor nuclear.
La desalinización en Cuba
Actualmente en
Cuba funcionan seis plantas desalinízadoras que utilizan el método
de ósmosis inversa, cuatro de ellas tienen un caudal mayor o igual a
180 m3/día y las restantes son de caudal pequeño. De ellas dos
están ubicadas en Cayo Largo, las restantes se hallan en Jibacoa provincia
de La Habana, Covarrubia en Las Tunas
y Periquillo en Villa Clara, todas tienen como objetivo el abasto de agua al
turismo. La situada en Guamo Embarcadero, provincia Granma le brinda agua a
la población.
En el año
2006 comenzará un proyecto nacional titulado Factibilídad de la
desalinización de agua de mar en Cuba que tiene entre sus objetivos,
analizar las distintas tecnologías de desalinización y proponer
cuál es la más factible
desde el punto de vista técnico y económico de acuerdo con las
condiciones de cada región del pais.
CONCLUSIONES
Podemos concluir
que continúa en ascenso la tendencia al empleo de la desalinización
a nivel mundial como una opción para obtener agua dulce de los océanos.
Aunque las estimaciones reportan que las capacidades mundiales actuales de desalinización
son de 36 millones de m3/día, esto representa todavía una fracción
muy pequeña de las necesidades de agua fresca que necesita el planeta.
El Medío Oriente es la región donde se concentra la mayor capacidad
instalada de desalinización y representa el 61% del total.
Así mismo consideramos que la desalinización nuclear continúa siendo una opción factible de obtención de agua potable para los países que utilizan la energía nuclear con fines pacíficos a partir de tres aspectos fundamentales:
. La desalinización nuclear en todo el mundo ha acumulado una experiencia de operación de 150 reactor-años.
. El uso de la energia proveniente de los reactores nucleares para la desalinización del agua de mar es una opción demostrada, menos contaminadora del medio ambiente y .una fuente sustentable.
. Los resultados
de los diferentes estudios en el tema desalinización nuclear realizados
por el OIEA indican una diversidad de combinaciones y opciones para explotar
los océanos aún por desarrollar.
REFERENCIAS
BIBUOGRÁFICAS
[1] SOMMARIVA C.
Desalination & Water Reuse Quarterly. 2003; 13(2): 13-16.
[2] KONISHI T, MISRA B.M. Agua dulce de los mares. Avanzan los proyectos de
de desalación nuclear. Boletín
del OIEA. 2001; 43(2): 5-8.
[3] KUPITZ J. Energia Nuclear para desalar agua de mar: Actualización
de la documentación. Boletín del
OIEA 1995; 37(2): 21-24.
[4] MISRA BM. Desalination of seawater using nuclear energy. Artículo
presentado en WSTA Conference 2-1.
[5] MISRA B.M. Role of nuclear desalination in meeting the potable water needs
in water scarce areas in the
next decades. Desalination. 2004; 166: 1-9.
jfz@cubaenergia.cu