Agua y energía: un bucle que va en ambos sentidos
La empresa de aguas de una ciudad suele ser su mayor consumidor eléctrico individual, y poca gente nombraría eso como una categoría de consumo energético. La conexión va en ambos sentidos y se estrecha a medida que el agua escasea y la generación se desplaza.
Por qué cuesta tanto mover agua
Un metro cúbico de agua pesa una tonelada. Elevarlo un metro cuesta una cantidad fija de energía que fija la gravedad, y ninguna ingeniería la mejora: las bombas pueden acercarse al mínimo teórico pero no bajar de él. Una ciudad que capta agua de un valle y la entrega a un barrio en ladera paga ese coste por cada metro cúbico, cada día, para siempre.
Eso convierte a la topografía en un determinante permanente del consumo energético de un sistema de aguas. Las ciudades abastecidas por gravedad desde embalses de montaña gastan muy poca energía en distribución; las que bombean desde un río o un acuífero hacia terreno más alto gastan muchísima. La diferencia es geográfica y no puede resolverse con ingeniería.
El trasvase de larga distancia es el caso extremo. El State Water Project de California, que mueve agua cientos de kilómetros y sobre una cordillera, está entre los mayores consumidores eléctricos individuales del estado. Varias propuestas de resolver escaseces regionales mediante trasvase están limitadas sobre todo por la energía que exigiría el bombeo.
Las fugas lo agravan todo. Una red que pierde una parte apreciable de su agua ya ha gastado la energía de bombeo y tratamiento en cada litro que se escapa. Donde las pérdidas llegan al veinte o treinta por ciento, reducirlas es a la vez una medida de agua y de eficiencia, y a menudo se justifica solo por el agua aunque entregue ambas.
Tratamiento en los dos extremos
La potabilización - filtración, desinfección, a veces membranas - se suma al coste de bombeo, aunque para la mayoría de las fuentes convencionales es la parte menor. La energía sube con fuerza al empeorar la calidad del agua bruta, y por eso usar una fuente degradada sale caro tanto en energía como en riesgo.
La depuración de aguas residuales es la mitad mayor y menos visible. El tratamiento biológico secundario se basa en airear el agua para que las bacterias degraden la materia orgánica, y meter aire en el agua es intensivo en energía. Solo la aireación suele ser más de la mitad de la electricidad que consume una depuradora.
Esa planta está además sentada sobre una fuente de combustible. La digestión anaerobia de los lodos produce biogás, y las plantas que lo captan y queman pueden cubrir buena parte de su propia electricidad, en algunos casos toda. Es una de las aplicaciones de biomasa más directas disponibles, no exige una cadena de suministro nueva y sigue sin explotarse en muchas instalaciones.
La dirección de la normativa añade presión. Exigencias más estrictas sobre nutrientes, microcontaminantes y residuos farmacéuticos requieren etapas adicionales de tratamiento, y cada etapa cuesta energía. Agua más limpia y menos energía tiran aquí en sentidos contrarios, y eso es una disyuntiva real y no un fallo de diseño.
Lo que se llevan las centrales
Una central térmica - de carbón, gas, nuclear o solar de concentración - convierte calor en electricidad y debe verter en algún sitio el calor sobrante. Ese sitio suele ser agua.
La refrigeración en circuito abierto capta volúmenes enormes de un río o del mar, los pasa por un condensador y los devuelve unos grados más calientes. La captación es muy grande y el consumo pequeño, ya que casi toda el agua vuelve. Las torres de refrigeración captan mucho menos y consumen más, evaporando una parte para evacuar calor. El diseño elegido determina si una central está limitada por la disponibilidad de agua o por su temperatura.
Ambas restricciones muerden en la práctica. Durante las olas de calor europeas, centrales nucleares francesas han reducido potencia o parado repetidamente, porque los caudales eran bajos y devolver agua caliente habría vulnerado los límites ecológicos de temperatura aguas abajo. Las mismas condiciones que elevan la demanda eléctrica de refrigeración reducen la capacidad térmica, y la correlación va en el sentido equivocado.
Esta es una ventaja estructural de la eólica y la solar fotovoltaica que rara vez se contabiliza: no usan prácticamente agua en operación. En regiones con estrés hídrico puede importar tanto como el coste del combustible, y es una de las pocas comparaciones donde las fuentes no térmicas ganan sin matices.
La desalación y el extremo doméstico
Producir agua dulce a partir de agua de mar exige separar la sal, y la termodinámica fija un mínimo duro. Las primeras plantas usaban destilación térmica - hervir y condensar - muy por encima de ese mínimo, lo que hacía viable la desalación solo donde el combustible era casi gratis.
La ósmosis inversa cambió esto forzando el agua a través de una membrana a presión, mucho más cerca del límite teórico. Combinada con dispositivos de recuperación de energía que extraen presión de la salmuera saliente, las plantas modernas usan una fracción de lo que exigía la destilación térmica. La desalación sigue siendo intensiva frente al suministro convencional y ya no es prohibitiva, y por eso la capacidad ha crecido deprisa en el Golfo, Israel, España y Australia.
La salmuera es la parte sin resolver. La sal concentrada devuelta al mar es más densa que el agua marina y se hunde, y donde la dispersión es pobre daña el fondo. El vertido, más que la energía, es cada vez más la restricción sobre dónde puede construirse una planta.
En el extremo doméstico los dos sistemas se encuentran de la forma más directa: calentar agua suele ser el segundo mayor consumo energético de una vivienda, tras la calefacción. Cada litro de agua caliente lleva tanto la energía de llevarlo como la de calentarlo, lo que hace una ducha más corta inusualmente eficaz frente a casi cualquier otra acción doméstica: uno de los pocos casos en que el consejo intuitivo y la realidad del contador coinciden.
Preguntas frecuentes
¿Por qué consume tanta energía suministrar agua?
Porque el agua es densa - un metro cúbico pesa una tonelada - y elevarla exige energía proporcional a la altura, un suelo que fija la gravedad y que ninguna ingeniería baja. Las ciudades abastecidas por gravedad desde embalses altos gastan muy poco; las que bombean desde un río o acuífero a terreno más alto gastan mucho.
¿Qué consume más energía en una depuradora?
La aireación del tratamiento biológico secundario, habitualmente más de la mitad de la electricidad de la planta. Las bacterias degradan la materia orgánica y necesitan oxígeno, y meter aire en el agua es intensivo en energía. Muchas plantas pueden compensar buena parte captando biogás de la digestión de lodos.
¿Cuánta agua usan las centrales eléctricas?
Las térmicas captan volúmenes muy grandes para refrigerar. El circuito abierto capta cantidades enormes y devuelve casi todo unos grados más caliente; las torres captan menos y consumen más por evaporación. La eólica y la solar fotovoltaica no usan prácticamente agua en operación, lo que importa en regiones con estrés hídrico.
¿Por qué reducen las olas de calor la producción eléctrica?
Porque los caudales bajos y las altas temperaturas del agua limitan la refrigeración. Las nucleares francesas han reducido potencia repetidamente en olas de calor, ya que devolver agua caliente vulneraría los límites ecológicos de temperatura aguas abajo. Las mismas condiciones que elevan la demanda de refrigeración reducen la capacidad térmica.
¿Sigue siendo la desalación demasiado intensiva en energía?
Mucho menos que antes. La ósmosis inversa fuerza el agua por una membrana a presión, bastante más cerca del mínimo termodinámico que la destilación térmica, y la recuperación de energía de la salmuera la mejora aún más. Sigue siendo intensiva frente al suministro convencional pero ya no es prohibitiva; el vertido de salmuera es cada vez más la restricción.
