¿Puede la desalinización calmar la sed de la agricultura?

Ralph Loya estaba casi seguro de que iba a perder el maíz. Su finca había sido abrasada por el junio más caluroso de la historia de El Paso y el segundo agosto más caluroso; el condado al oeste de Texas vio cómo 53 días del verano de 2024 superaban los 37,8 grados Celsius. La región también estaba experimentando una sequía, lo que significaba que los cultivos de melones, quimbombó, pepinos y otros productos en la más de tres hectáreas de Loya tenían que ser regados con más frecuencia de lo normal.

Loya había estado regando su maíz con agua algo salada, o salobre, bombeada de su pozo, tanto como podía tolerar el cultivo, sensible a la sal. No era suficiente, y el agua municipal era cara; la utilizaba con moderación y las mazorcas se estaban secando allí donde estaban.

Garantizar la supervivencia de la agricultura en un clima cada vez más errático se aproxima a una crisis en el árido y sofocante oeste y suroeste de Estados Unidos, una zona que suministra gran parte de la carne de vacuno y lácteos, alfalfa, nueces y productos agrícolas de dicho país. Ante la escasez de agua para mantener sus plantas y animales, los agricultores han labrado los cultivos, arrancado árboles, dejado los campos en barbecho y vendido los rebaños. También han utilizado el riego por goteo para inyectar dosis más pequeñas de agua cerca de las raíces de las plantas, y han instalado sensores en el suelo que indican con mayor precisión cuándo y cuánto regar.

En los últimos cinco años, los investigadores han empezado a descifrar cómo el agua salobre, extraída de acuíferos subterráneos, podría desalinizarse a un costo lo suficientemente bajo como para ofrecer a los agricultores otra herramienta de resiliencia hídrica. La propiedad de Loya, que extrae su agua ligeramente salada del acuífero Bolsón del Hueco, está a punto de convertirse en un centro piloto para probar la eficacia de la desalinización del agua subterránea para cultivar en lugares con escasez de agua.

La desalinización hace que el agua sea menos salada. Suele aplicarse al agua extraída del océano, generalmente en tierras áridas con pocas opciones; algunos países del Golfo Pérsico, África y naciones insulares dependen en gran medida o totalmente del agua de mar desalinizada. La desalinización tierra adentro se produce lejos de las costas, con aguas de acuíferos salobres, que contienen entre 1.000 y 10.000 miligramos de sal por litro, frente a los 35.000 miligramos por litro del agua de mar. Texas tiene más de tres docenas de plantas centralizadas de desalinización de aguas subterráneas salobres, California más de 20.

Esta tecnología se ha considerado durante mucho tiempo demasiado costosa para la agricultura. Algunos expertos siguen pensando que es una quimera. “Lo vemos como una buena solución, adecuada en algunos contextos, pero para la agricultura es francamente difícil de justificar”, afirma Brad Franklin, economista agrícola y ambiental del Instituto de Políticas Públicas de California. Desalinizar un acre-pie (casi 326.000 galones o 1.233 metros cúbicos) de agua subterránea salobre para los cultivos cuesta ahora unos 800 dólares, mientras que los agricultores pueden pagar mucho menos —tan solo 3 dólares por acre-pie para algunos titulares de derechos en algunos lugares— por el agua dulce municipal. En consecuencia, la desalinización se ha reservado en gran medida a la producción de líquidos aptos para el consumo humano. En algunos casos, además, la desalinización tierra adentro puede ser peligrosa para el medio ambiente, ya que pone en peligro las plantas y animales cercanos y reduce el caudal de los arroyos.

Pero la Oficina de Recuperación de Tierras de EE.UU. (Bureau of Reclamation) y la Alianza Nacional para la Innovación del Agua (National Alliance for Water Innovation, NAWI), que ha recibido 185 millones de dólares del Departamento de Energía, han invertido recientemente en proyectos que podrían dar la vuelta a este paradigma. Conscientes de la urgente necesidad de agua dulce para las explotaciones agrarias, que en EE.UU. se encuentran en su mayoría en el interior del país, y de la abundancia de agua salada bajo nuestros pies, estas entidades han financiado proyectos que podrían contribuir al desarrollo de pequeños sistemas descentralizados de desalinización que podrían instalarse en las explotaciones agrarias donde son necesarios. Loya es uno de ellos.

Las explotaciones agrícolas estadounidenses consumen más de 83 millones de acres-pies (más de 27 billones de galones, unos 102.000 millones de metros cúbicos) de agua de riego al año: es la segunda industria del país que más agua consume, después de la termoeléctrica. No todos los acuíferos son salobres, pero la mayoría de los que lo son se encuentran en el oeste del país, y suelen ser más salinos cuanto más se profundiza. Como el agua dulce de todo el mundo es cada vez más salada debido a la actividad humana, “tenemos que resolver la desalinización tierra adentro para la agricultura... a fin de cultivar tantos alimentos como necesitamos”, afirma Susan Amrose, investigadora del MIT que estudia la desalinización tierra adentro en el Medio Oriente y el Norte de África.

Esto significa reducir la energía y otros costos operativos, simplificar el funcionamiento de los sistemas para los agricultores y encontrar la forma de reducir la salmuera residual, que requiere eliminación y se considera el “talón de Aquiles” del proceso, según un investigador.

La última media década de retoques científicos está dando resultados tangibles, dice Peter Fiske, director ejecutivo de NAWI. “Creemos que tenemos una línea de visión clara para lograr agua de calidad agrícola”.

Tragarse el alto costo

Fiske cree que las minicentrales agrícolas pueden ser rentables para producir cultivos de alto valor, como brócoli, bayas y nueces, algunos de los cuales necesitan mucho riego. Esos 800 dólares por acre-pie se han conseguido recortando el uso de energía, reduciendo la salmuera y revolucionando ciertas piezas y materiales. Sigue siendo caro, pero podría decirse que merece la pena para un agricultor que cultive almendras o pistachos en California, a diferencia de los agricultores que cultivan productos básicos de menor valor, como trigo y soya, para quienes la desalinización probablemente nunca resulte asequible. Como agricultor de nueces, “me enlistaría a 800 dólares por acre-pie de agua hasta que las ranas críen pelo”, afirma Fiske.

El proyecto piloto de Loya se está construyendo con fondos del Bureau of Reclamation y utilizará un proceso común llamado ósmosis inversa. La presión empuja el agua salada a través de una membrana semipermeable; el agua dulce sale por el otro lado, dejando atrás las sales en forma de salmuera concentrada. Loya cree que puede ganar mucho dinero con el agua desalinizada, no solo para cultivar maíz, sino también uvas que podría vender a un precio superior a los productores de vino locales.

Un sistema tan pequeño comparte algunos de los problemas de sus primos a gran escala —sobre todo la eliminación de la salmuera—. El Paso, por ejemplo, cuenta con la mayor planta desalinizadora del mundo, que produce 27,5 millones de galones de agua potable al día (unos 105.000 metros cúbicos). Allí, cada galón de agua salobre se divide en dos corrientes: agua dulce y salmuera residual, en una proporción de 83 % a 17 %. Como no hay océano donde verter la salmuera, como ocurre con la desalinización del agua de mar, esta planta la inyecta en formaciones rocosas porosas y profundas —un proceso demasiado caro y complicado para los agricultores—.

Pero, ¿y si la desalinización pudiera crear un 90 % o 95 % de agua dulce y un 5 % o 10 % de salmuera? ¿Y si se pudiera obtener un 100 % de agua dulce, con solo una bolsa de sales secas sobrantes? La manipulación de esos sólidos es mucho más segura y sencilla, “porque la salmuera de agua supersalada es realmente corrosiva... así que hay que transportarla en camiones de acero inoxidable”, afirma Fiske.

Por último, ¿qué pasaría si esas sales pudieran descomponerse en componentes: litio, esencial para las baterías; magnesio, utilizado para crear aleaciones; yeso, convertido en paneles de yeso; así como oro, platino y otros elementos de tierras raras que puedan venderse a los fabricantes? La planta de El Paso ya participa en la “extracción” de yeso y ácido clorhídrico para clientes industriales.

La salmuera de Loya se conducirá a un estanque de evaporación. Con el tiempo, tendrá que pagar el vertido de los sólidos desecados, dice Quantum Wei, fundador y director general de Harmony Desalting, que está construyendo la planta de Loya. Hay otros gastos: la perforación de un pozo (Loya, por suerte, ya tiene uno para el proyecto), la construcción de la planta física y el suministro de electricidad para bombear el agua día tras día. Son píldoras financieras amargas para un agricultor. “No nos vamos a hacer ricos”, dice Loya.

El mayor costo procede de la propia desalinización. La energía necesaria para la ósmosis inversa es mucha, y cuanto más salada sea el agua, mayor será la necesidad. Además, las membranas que retienen la sal son muy finas y toda esa presión las destruye; también se ensucian y hay que tratarlas con productos químicos.

Únase al canal de WhatsApp de Knowable en español

Haga clic aquí

La ósmosis inversa presenta otro problema para los agricultores. No solo elimina los iones salinos del agua, sino también los iones de minerales beneficiosos, como el calcio, el magnesio y el sulfato. Según Amrose, esto significa que los agricultores tienen que añadir fertilizantes o mezclar con agua pretratada para reponer los iones esenciales que el proceso eliminó.

Para sortear estas dificultades, un equipo financiado por NAWI está experimentando con membranas de ultra alta presión, fabricadas con plástico más rígido, que pueden soportar un empuje mucho más fuerte. Los resultados son “bastante alentadores”, afirma Fiske. Otro está estudiando un sistema en el que un disolvente químico vertido en el agua aísla la sal sin membrana, como el polímero del interior de un pañal absorbe la orina. El disolvente, en este caso el dimetil éter, un compuesto habitual en la industria alimentaria, se utilizaría una y otra vez para evitar residuos potencialmente tóxicos. Ha demostrado ser lo bastante barato como para que se considere su uso agrícola.

Amrose está probando un sistema que utiliza la electrodiálisis en lugar de la ósmosis inversa. Este sistema envía un voltaje constante a través del agua para arrastrar los iones salinos a través de una pila alterna de membranas cargadas positiva y negativamente. Según Amrose, “los iones negativos se dirigen hacia sus respectivos electrodos hasta que no pueden atravesar las membranas y se atascan”, y lo mismo ocurre con los iones positivos. El proceso consigue una recuperación de agua dulce mucho mayor en sistemas pequeños que la ósmosis inversa, y es el doble de eficiente energéticamente con salinidades más bajas. Además, las membranas duran más —diez años frente a tres o cinco, según Amrose— y permiten el paso de minerales esenciales.

Diseño basado en datos

En la granja de Loya, Wei recorre la propiedad en una sofocante mañana de verano con una empresa local de ingeniería a la que ha encargado el diseño del estanque de almacenamiento de salmuera. A Loya le interesa que el estanque sea lo más pequeño posible para mantener las tierras de cultivo en producción; a Wei le preocupa más que sea lo suficientemente grande y profundo. Para ello, estudiará las condiciones meteorológicas medias desde 1954 y los datos más desfavorables de los últimos 25 años en cuanto a evaporación y precipitaciones mensuales. También dividirá el espacio en dos secciones, de modo que una pueda limpiarse mientras la otra está en uso. El estanque de Loya tendrá probablemente una superficie de 400 metros cuadrados y se excavará a una profundidad de entre 1,5 y 1,8 metros.

La planta desalinizadora combinará membranas de ósmosis inversa con un proceso “por lote”, haciendo pasar el agua varias veces en vez de una y aumentando gradualmente la presión. La ósmosis inversa normal consume mucha energía porque aplica constantemente las presiones más altas, dice Wei, pero el proceso de Harmony ahorra energía al utilizar presiones más bajas al principio. El lavado a contracorriente entre ciclos evita la formación de incrustaciones al disolver los cristales minerales y eliminarlos. “El agricultor no tiene que preocuparse de dosificar productos químicos ni de cambiar las membranas”, afirma Wei. “Nuestro objetivo es que sea lo menos doloroso posible”.

Otra innovación de Harmony consiste en concentrar la salmuera sobrante haciéndola pasar por una membrana de nanofiltración en su sistema discontinuo; estas membranas suelen utilizarse en el pretratamiento del agua para reducir las incrustaciones o recuperar minerales, pero Wei cree que su sistema es el primero que las combina con la ósmosis inversa discontinua: “Eso es lo que realmente va a reducir los volúmenes de salmuera”, afirma. Todo el sistema se conectará a paneles solares, con lo que la energía de Loya será gratuita y no estará conectada a la red. Si todo va según lo previsto, el sistema estará operativo a principios de 2025 y producirá 26,5 litros de agua dulce por minuto durante las horas de más sol del día, con un objetivo de recuperación de entre el 90 % y el 95 % del agua dulce. El agua que no se utilice inmediatamente para regar se almacenará en un depósito.

Distribuir la investigación

Ciento cincuenta kilómetros al norte de la granja de Loya, a lo largo de una llana y árida carretera que bordea el campo de misiles de White Sands, más proyectos de desalinización burbujean en la Instalación Nacional de Investigación de Desalinización de Aguas Subterráneas Salobres en Alamogordo, Nuevo México. La instalación, gestionada por el Bureau of Reclamation, ofrece a los científicos un laboratorio y cuatro pozos de diferentes salinidades con los que jugar.

En un terreno reseco al pie de las montañas de Sacramento, un proyecto piloto de agricultura de larga duración se cuece bajo la implacable luz del sol. Después de algunas palabras preventivas sobre los tres estanques de salmuera de la propiedad —“Tienen un olor interesante, entre zoológico y océano”—, la gerente de la instalación, Malynda Cappelle, conduce un carrito de golf lleno de visitantes más allá de los paneles solares y los tanques de agua hasta una parcela de polvo y plantas, rodeada por una cerca. Aquí, desde 2019, un equipo de la Universidad del Norte de Texas, la Universidad Estatal de Nuevo México y la Universidad Estatal de Colorado ha hecho pruebas con girasoles, habas y, actualmente, 16 parcelas de frijol pinto. Algunas parcelas son de tierra desnuda; otras están cubiertas con compost que potencia los nutrientes, mantiene el suelo húmedo y proporciona una barrera contra la sal. Algunas parcelas se riegan por goteo con agua salobre directamente de un pozo; otras reciben una mezcla de agua desalinizada y salobre.

Observando las parcelas incluso desde lejos, las plantas de las parcelas con agua más fresca parecen grandes y sanas. Pero las que tienen compost son casi igual de vigorosas, incluso cuando se riegan con agua salobre. Esto podría tener implicaciones importantes para los agricultores preocupados por el dinero. “Quizá hagamos un nivel menor de desalinización, más mezcla, y esto reducirá el costo”, dice Cappelle.

Pei Xu, ha sido coinvestigadora en este proyecto desde su inicio. También es la creadora de un proyecto piloto financiado por NAWI en la planta desalinizadora de El Paso. Avanzado el día, en un espacio de techos altos junto a la sala de tratamiento de la planta, nos muestra las consecuencias. Al igual que el sistema de Amrose, el suyo utiliza electrodiálisis. En este caso, sin embargo, Xu pretende extraer un poco más de agua dulce de la salmuera sobrante de la planta. Con unos niveles de salinidad adecuadamente bajos, la planta podría distribuirla a los agricultores a través del sistema de canales del condado, convirtiendo un producto de desecho en un recurso valioso.

Los trabajos de Xu sobre el frijol pinto y en El Paso, y los de Amrose en Medio Oriente, son todos relevantes para los proyectos piloto y futuros de Harmony. “Lo ideal sería que pudiéramos mejorar la desalinización hasta el punto de que sea una opción que se considere seriamente”, afirma Wei. “Pero, lo que es más importante, creo que nuestro papel ahora y en el futuro es el de administradores del agua: trabajar con cada explotación para entender su situación y recomendarles el mejor camino a seguir... haya o no desalinización de por medio”.

De hecho, a medida que se agudiza la escasez de agua, los avances en desalinización no ayudarán mucho a la agricultura; incluso los investigadores que llevan años dedicados a resolver sus problemas afirman que no es la panacea. “Lo que tratamos de hacer es suministrar la mayor cantidad de agua al menor costo posible, pero eso no fomenta realmente un uso inteligente del agua”, afirma Fiske, de NAWI. “En algunos casos, fomenta incluso lo contrario. ¿Por qué cultivamos alfalfa en medio del desierto?”.

Franklin, del Instituto de Política de California, destaca otro extremo: 21 cuencas de aguas subterráneas del Estado ya están gravemente agotadas, algunas debido a la sobreexplotación agrícola. El bombeo de acuíferos salobres para la desalinización podría agravar los riesgos ambientales.

Hay una serie de medidas, dicen los investigadores, que los propios agricultores deben tomar para sobrevivir, con la captación del agua de lluvia y la reparación de las infraestructuras con fugas a la cabeza de la lista. “La desalinización no es la mejor, la única ni la primera solución”, afirma Wei. Pero cree que, si se utiliza con prudencia junto con otras soluciones parciales inteligentes, podría evitar algunas de las peores catástrofes relacionadas con el agua para nuestro sistema alimentario.

Artículo traducido por Debbie Ponchner