La innovació en el sector de l’aigua

05/05/2022

Introducció

Els desequilibris hídrics i l’escassetat d’aigua en moltes zones del món són ja una realitat que va en augment amb l’increment en la demanda d’aigua pel creixement poblacional, unes necessitats agràries majors, l’increment de determinades activitats industrials i els efectes del canvi climàtic.

Heus ací algunes dades preocupants sobre la situació dels recursos hídrics i el canvi climàtic:

• 200 milions de persones en el món no tenen accés a aigua potable segura (1/3 de la població mundial), 4.200 milions de persones no compten amb serveis de sanejament i fins a 3.000 milions manquen d’instal·lacions bàsiques per a llavar-se les mans.
• En 2025, més de 1.800 milions de persones viuran en països o regions amb escassetat absoluta d’aigua, i dos terços de la població mundial estaran en condicions d’estrés hídric.

En aquest entorn tan desfavorable i que empitjorarà, el desenvolupament de noves tecnologies d’aigua, subministraments i sanejament capaços de subministrar aigua suficient i de qualitat a la població i de manera sostenible és de crucial importància. 

El lideratge espanyol en el sector de l’aigua

Espanya és el líder europeu en reutilització d’aigua, amb quasi la meitat de la reutilització de tot Europa i el 5é a escala mundial en capacitat instal·lada. El 27 % de les més de 2.000 estacions depuradores d’aigües residuals del nostre país estan preparades tecnològicament per a oferir els tractaments que possibiliten la reutilització de l’aigua.

Pel que fa a la dessalació, s’estima que a Espanya hi ha més de 770 dessaladores amb un total de capacitat de producció de 5 milions de metres cúbics per dia que podrien proveir una població de 34 milions de persones, i representa ja quasi el 9 % de l’aigua potable subministrada al país (5é país a escala mundial en producció d’aigua dessalada).

La innovació en aigua

Les tendències actuals en innovació en l’aigua s’estan concentrant en l’increment i la protecció dels recursos d’aigua i en la sostenibilitat. Les línies estratègiques d’innovació més importants en aquest sentit poden ser, per tant, l’increment de l’eficiència energètica, la reducció de la petjada de CO₂, la petjada hídrica i l’ús d’energies renovables, la reducció d’impactes ambientals, l’increment de la qualitat de l’aigua, la reducció dels costos associats a la producció i distribució d’aigua, l’aplicació de nano i biotecnologies, tot tipus d’aspectes relacionats amb l’economia circular i la digitalització.

Protecció del medi ambient

En el camp de la protecció del medi ambient, la investigació en aigua va sobretot orientada a dos aspectes importants: la detecció i prevenció de la contaminació de les masses naturals d’aigua i l’efecte d’aquests contaminants sobre les diferents espècies que habiten o consumeixen aquestes aigües.

Respecte de la contaminació de l’aigua, en els últims temps existeix preocupació sobre els denominats contaminants emergents, entre els quals estan els plaguicides, els productes d’higiene personal, hormones i medicaments, que en molts casos són compostos tòxics, persistents i bioacumulables, així com els microplàstics.

Per a la determinació d’aquests contaminants s’està treballant en els mètodes per a la seua determinació en laboratori (que es poden trobar en concentracions baixíssimes, inferiors a parts per bilió) en el monitoratge remot de la qualitat de les masses d’aigua i l’efecte que poden tindre sobre les diferents espècies aquàtiques (o terrestres).

Existeixen, així mateix, mètodes de determinació indirecta que s’estan assajant com l’anàlisi espectral d’imatges de masses d’aigua captades per satèl·lits o drons, que poden indicar-nos la presència o grau de contaminació d’aquestes aigües. A aquests sistemes se’ls poden afegir algorismes d’intel·ligència artificial que vagen aprenent sobre les dades que van recopilant.

Cicle de l’aigua urbà

Els majors reptes del cicle urbà de l’aigua són l’adequació de la disponibilitat d’aigua a la demanda de la població a cada moment (que pot ser molt variable, per exemple en zones turístiques), la qualitat de l’aigua potable subministrada i de l’aigua residual depurada que es retorna al medi ambient, la detecció de fuites d’aigua i avaries i l’eficiència energètica i la sostenibilitat.

En aquest sentit, la sensorització és una de les millors eines que s’estan implantant per a la millora de la gestió de l’aigua urbana. La instal·lació de comptadors i mesuradors de cabal intel·ligents (smart metering) permet recopilar una gran quantitat de dades sobre patrons de consum (mensual, diari i horari), gestionar millor els serveis i detectar fuites.

Totes aquestes dades poden ser creuades amb unes altres de diferents procedències (climatologia, moviments poblacionals, etc.) per a generar algorismes d’intel·ligència artificial que ens permetran optimitzar el funcionament dels sistemes, incrementar-ne l’eficiència energètica o predir consums.

Depuració d’aigües residuals i reutilització

El concepte i tendència que s’està promovent en els últims temps en economia circular en aigua és considerar les depuradores com biofactories. La depuradora d’aigües residuals ja no es considera com una font generadora de residus, sinó una font d’elements valoritzables, com els següents:

-L’aigua depurada, per a la seua reutilització.

-Els llots generats en el procés (que poden ser utilitzats en agricultura, per aplicació directa o compostatge, per a valorització energètica, rebliment de pedreres o altres usos).

-El biogàs produït en la digestió de llots (que pot ser utilitzat per a producció de calor (calderes), producció d’energia i calor (cogeneració), injecció en les xarxes de gas o altres usos (automoció).

En el camp de la reutilització, una de les tendències que arribarà a Espanya en algun moment és l’ús d’aigua regenerada per a proveïment d’aigua potable. Mentre que a Espanya aquest ús està prohibit per llei, països com Singapur, els Estats Units (fonamentalment a Califòrnia) o Israel porten molts anys amb aquesta pràctica.

Dessalació

En general, les tendències sobre investigació en aquest sector estan orientades cap a l’eficiència energètica i la reducció de la petjada de carboni, la reducció dels impactes ambientals de la dessalació i la millora d’equipaments i instal·lacions; és a dir, són en general aplicades i se centren més en la reducció de costos i impactes que en el desenvolupament de nous processos o tecnologies.

Les investigacions actuals en el sector de la dessalació s’enfoquen en els següents aspectes:

• L’aprofitament de les salmorres per a obtindre sals o productes químics de les salmorres.
• Eficiència energètica i reducció de la petjada de CO₂.
• El reciclatge de components de les dessaladores, com les membranes.
• La reducció del consum d’energia i l’increment de l’ús d’energies renovables.
• La generació d’energia per mitjà de la mescla de salmorres amb aigües dolces (que es coneix com blue energy o energia blava).
• L’ús de les aigües dessalades per a l’agricultura i els seus efectes sobre cultius i sòls.

Digitalització

La digitalització s’està implantant fortament en el sector de l’aigua, com en tots els sectors industrials. El desenvolupament de microxips cada vegada més avançats, sistemes de control intel·ligent, algorismes d’intel·ligència artificial i la millora en les comunicacions fan que els sistemes de captació, distribució, subministrament d’aigua i depuració siguen cada vegada més intel·ligents.

Els diferents avanços a destacar en la innovació en digitalització són els següents:

• L’ús de big data i intel·ligència artificial, que poden usar-se per a establir models predictius de demandes i consums d’aigua i també d’energia.
• La robòtica i el machine learning, que permeten sistemes avançats de tractament d’aigua amb menors necessitats de personal.
• Els bessons digitals, on es crea un duplicat digital de la instal·lació per a poder actuar sobre ell de manera remota com si estiguérem en un videojoc.
• La realitat virtual i augmentada, tant en bessons digitals com en sistemes d’assistència tècnica remota o en l’operació de les plantes.
• Drons aeris i drons submarins.
• Models predictius d’esdeveniments climatològics i adaptació al canvi climàtic.

Aigua i covid

En aquest període d’afectació de la pandèmia de la covid-19, és interessant parlar sobre la relació entre aquest (i altres virus) amb l’aigua i com això ha permés desenvolupar nous camps d’investigació. El risc de presència del virus en aigua potable és inexistent gràcies als sistemes de desinfecció aplicats, però la seua presència en les aigües residuals a l’entrada de les depuradores ha servit per a monitorar l’avanç de la pandèmia en determinades zones.

Els principals estudis realitzats a Espanya sobre presència de covid-19 en aigües residuals i aigües residuals tractades han anat a càrrec del CSIC, en col·laboració amb ESAMUR (Múrcia), EPSAR (València), universitats (com la Politècnica de València) i centres d’investigació com el CEBAS.

Les conclusió més important d’aquests estudis realitzats fins ara a Espanya és que no s’ha detectat material genètic procedent del coronavirus en aigües tractades en depuradores a l’eixida de les instal·lacions amb tractaments secundaris o terciaris, encara que l’anàlisi de l’aigua residual sense tractar a la seua arribada a les depuradores sí que ha sigut una eina important per a detectar brots infecciosos.

Nous reptes i oportunitats

Per als pròxims anys s’espera l’aportació dels fons europeus per a la reconstrucció, coneguts com Next Generation, i que s’estima que representaran 140.000 milions d’euros per a Espanya que han d’executar-se en el període 2021-2026. Un dels pilars fonamentals d’aquest pla és la Transició Ecològica, i per tant s’espera que una part important d’aquests fons vagen destinats a l’economia circular, la protecció de medi ambient i la conservació dels recursos hídrics.

Altres plans en què es preveu el finançament d’infraestructures o la investigació relacionats amb l’aigua són:

-El Pla Nacional DSEAR (Depuració, Sanejament, Eficiència, Estalvi i Reutilització), aprovat al juliol de 2021 (10.000 milions d’€ per als pròxims 18 anys).

-El programa d’inversió en I+D de la Unió Europea Horizon Europa (100.000 milions d’€ per al període 2021-2027).

– Programes d’inversió en I+D d’altres organismes finançadors, com ara el CDTI (Centre per al Desenvolupament Tecnològic Industrial), que ha llançat entre altres el programa Missions 2021.

Conclusions

El sector de l’aigua sempre ha estat a l’avantguarda de la tecnologia, amb instal·lacions de tractament d’aigües i sistemes de distribució molt automatitzats i sensoritzats que sempre han anat incorporant les noves tecnologies i avanços.

Específicament, el sector de l’aigua a Espanya és un referent a escala mundial i no sols per les seues empreses, sinó també en els centres d’investigació i universitats, reconeguts internacionalment.

Com hem vist, hi ha moltes noves línies d’investigació associades a l’aigua que estan molt orientades cap a la sostenibilitat i la digitalització, però de res serveix tota aquesta innovació si no conscienciem la població que l’aigua és un bé escàs i preciós que hem de cuidar entre tots.