Industrias como semiconductores, alimentos y farmacéutica en Arizona requieren agua ultrapura y generan grandes volúmenes de salmuera.
La acumulación de salmuera en una región sin salida al mar representa un riesgo ambiental, logístico y económico, así como afectaciones al reúso del agua y al desarrollo industrial regional.
En colaboración con Nestlé, Arizona State University (ASU) trabaja para reducir la cantidad de residuos salinos generados por la desalinización de agua.
Las industrias que requieren agua ultrapura —como las de semiconductores, baterías, farmacéutica, alimentos y bebidas— están creciendo en Arizona. Uno de los desafíos más subestimados para estas empresas es lo que queda al final del proceso para obtener agua limpia: la salmuera, el subproducto salino de procesos como la ósmosis inversa.
Sin embargo, para Shahnawaz Sinha, profesor asociado de investigación en ingeniería civil y ambiental en Arizona State University, la salmuera no es solo un desecho, sino una oportunidad. A través de una colaboración con Nestlé y con el apoyo de Arizona Water Innovation Initiative de ASU y el Global Center for Water Technology, Sinha está desarrollando una instalación móvil de demostración de recuperación de agua en circuito cerrado que podría transformar la forma en que las industrias del área metropolitana de Phoenix gestionan la salmuera.
Recuperando entre un 50% y un 90% del agua previamente inutilizable contenida en la salmuera industrial y reduciendo el resto a sal sólida, el proyecto busca minimizar los residuos y extraer agua dulce para apoyar la economía de Arizona y su resiliencia hídrica.
Sinha aporta décadas de experiencia. Antes de incorporarse a ASU hace casi 10 años, pasó seis años en el Centro de Desalinización y Reutilización de Agua de la King Abdullah University of Science and Technology en Arabia Saudita, un país que depende en gran medida de la desalinización del agua de mar. Previamente, trabajó cerca de una década como ingeniero de procesos en dos firmas de consultoría e ingeniería ambiental.
“La salmuera es un componente crítico y un subproducto de la desalinización”, dijo Sinha. “En Arabia Saudita pueden descargarla al mar, pero lugares interiores como Arizona no tienen ese lujo”.
La realidad salina de Arizona
El aumento de la salinidad en el agua dulce es un problema creciente en todo el país. Y aunque el área metropolitana de Phoenix no tiene que lidiar con la sal para carreteras en invierno ni desaliniza agua de mar, sí enfrenta serios retos de salinidad. “Viví muchos años en Colorado y el agua es fantástica. Pero esa misma agua del río Colorado se vuelve mucho más salada cuando llega a Arizona”, comentó Sinha.
A medida que el agua del río Colorado atraviesa los paisajes áridos y los canales abiertos de Arizona, las sales se concentran por evaporación.
Como muchos residentes de Arizona, Sinha comentó: “Tengo un pequeño sistema de ósmosis inversa (RO) debajo del fregadero en casa para mejorar su sabor y poder beber esta agua más fácilmente”.
Además, el Valle está asentado sobre un terreno naturalmente salino. Por ejemplo, los Hohokam construyeron extensos canales y se toparon con suelos salinos que complicaban el cultivo. También, el cuerpo salino Luke Salt Body, al oeste de Phoenix, se estima que tiene un grosor de 10,000 pies y una extensión de 40 millas cuadradas. Y el apropiadamente nombrado río Salt y sus afluentes atraviesan depósitos de sal por todo el estado que finalmente desembocan en el Valle.
La sal permanece en el agua potable de la región de Phoenix, que es la misma que usan los fabricantes como punto de partida. En cada planta de producción, la empresa “desaliniza” el agua potable en el sitio, produciendo agua ultrapura para uso industrial y dejando atrás la salmuera.
Por ejemplo, una planta de Nestlé requiere agua de alta calidad para asegurar la calidad del producto y la seguridad alimentaria, ya que cualquier contenido de sal podría comprometer el sabor o la estabilidad del producto. Los fabricantes de chips, como TSMC e Intel, enfrentan demandas aún más estrictas, pues residuos microscópicos de sal o minerales pueden dañar los wafers o interrumpir procesos de fabricación sensibles.
Las salmueras concentradas resultantes deben ser gestionadas y desechadas cuidadosamente. Aunque algunos sistemas de alcantarillado pueden aceptar salmuera, muchas instalaciones deben recurrir a estanques de evaporación o transporte fuera del sitio en camiones. La salmuera vertida en los desagües llega a plantas de tratamiento de aguas residuales, donde los altos niveles de salinidad pueden aumentar el costo de desalinización o afectar negativamente el reúso del agua tratada para riego, como en pasto y vegetación.
“El área de Phoenix es un concentrador de sal”, dijo Paul Westerhoff, Regents Professor en ASU y director del Global Center for Water Technology. “No se trata solo de quitar la sal. Una vez que la quitas, ¿a dónde va? Aquí somos una gran acumulación de sal. Un estudio en dos partes de la Bureau of Reclamation mostró más de 30 millones de dólares al año en daños económicos por la sal. Esto significa que encontrar formas innovadoras de tratar la salmuera es crucial para la seguridad hídrica y una economía sólida en Arizona.”
Colaboración con la industria
La planta de producción de Nestlé en Arizona genera más de 50,000 galones de salmuera cada día, tanto que se requieren varios camiones cisterna para transportarla fuera del sitio, a diario. “Está resultando muy costoso para Nestlé enfrentar este problema de la salmuera”, dijo Sinha.
En lugar de verlo como un problema, Nestlé lo vio como una oportunidad y recurrió a ASU en busca de ayuda.
“Se acercaron a nosotros y dijeron: ‘Tenemos este problema de salmuera. ¿Qué tipo de investigación pueden hacer para ayudarnos a minimizarlo?’ Apreciamos mucho su apertura, porque no son los únicos enfrentando este desafío”, explicó Sinha.
Su equipo comenzó analizando la salmuera.
“Esperaba que el agua fuera turbia y con muchas partículas”, dijo Sinha. “Pero estaba clara; solo tenía mucha sal”.
A medida que la salmuera se concentra mediante el tratamiento, su apariencia cambia. “Es como si pusieras agua salada en una olla y la hirvieras: se vuelve blanca y más espesa. Eso es exactamente lo que ocurre cuando extraemos el agua de la salmuera y aumenta su salinidad.”
El enfoque del equipo usa un sistema de múltiples etapas que incluye el pretratamiento de la salmuera de Nestlé para eliminar partículas grandes y hacerla más apta para su tratamiento posterior. Luego pasa por un proceso de ósmosis inversa que separa el líquido en dos corrientes: agua de alta calidad para reutilización y un concentrado salino.
Este concentrado salino pasa después por una membrana hidrofóbica para recuperar aún más agua pura. La salmuera altamente concentrada se envía a un secador y un cristalizador para reducirla a un producto sólido de sal. Posteriormente, se pueden usar recolectores de agua atmosférica para capturar el vapor de agua restante.
“El objetivo es recuperar entre el 50% y el 90% del agua”, dijo Sinha, “y terminar con un volumen manejable de sal cristalizada”.
Aunque aún existen preguntas sobre cómo reutilizar o desechar la sal, este método reduce drásticamente la carga sobre los camiones y las plantas de tratamiento de aguas residuales.
Sinha señaló que uno de los aspectos más emocionantes del proyecto es la colaboración en sí. “En Nestlé hay ingenieros muy capacitados y operadores de planta de agua. Nos reunimos cada dos semanas. Ellos dicen que les beneficia porque interpretamos los datos de manera distinta y aportamos nuevas perspectivas.”
Nestlé recomendó formar una coalición más amplia de fabricantes con desafíos similares relacionados con la salmuera en la región oeste de Phoenix, lo que dio lugar a una reunión sin precedentes. En mayo, el Global Center for Water Technology y el NSF Futures Engine in the Southwest convocaron a fabricantes, proveedores de agua, desarrolladores de tecnología e investigadores para comprender mejor estos problemas relacionados con la salmuera. Juntos, están desarrollando una hoja de ruta para reducir la gestión de la salmuera como barrera para el desarrollo económico.
Durante una presentación reciente, el personal de Nestlé elogió la colaboración, destacando que los beneficios incluyen la posibilidad de probar enfoques innovadores para el manejo del agua, así como el acceso al conocimiento experto de ASU y a iniciativas de desarrollo de talento.
“Estamos trabajando para involucrar a estudiantes de colegios comunitarios cercanos, para que obtengan experiencia práctica, en parte porque la planta está en el lejano West Valley, bastante lejos del campus”, comentó Sinha, “así pueden ver cómo ASU trabaja con la industria. También puede servir como espacio de formación para futuros estudiantes y operadores de Nestlé.”
Mirando al futuro: convertir el desecho en oportunidad
Sinha señaló que este proyecto forma parte de un cambio más amplio en la forma de pensar sobre el agua, los residuos y la recuperación de recursos.
“A veces los ingenieros nos enfocamos demasiado en cuánta agua podemos recuperar”, dijo Sinha. “Pero también hay una gran oportunidad en cómo gestionar sosteniblemente los residuos y extraer sales minerales comercialmente viables, elementos valiosos como litio, magnesio o potasio de la salmuera concentrada. Ahí es donde la innovación se convierte en impacto.”
Aunque estas tecnologías son actualmente costosas, la industria parece estar lista para invertir. “En Nestlé no solo están pensando en su propia planta, sino en otras que llegarán a la zona. Están dando el ejemplo”, dijo Sinha.
En una región donde el agua es crítica y la sal nunca desaparece del todo, encontrar formas sostenibles de cerrar el ciclo es tanto un reto científico como una necesidad económica.