La falta de acceso a agua potable y electricidad es uno de los principales retos a los que se enfrenta la sociedad en el siglo XXI. A pesar de los esfuerzos llevados a cabo, actualmente al menos 1.800 millones de personas utilizan una fuente de agua con contaminación de origen fecal, que es la causa directa de más de medio millón de muertes al año, y 1.200 millones de personas no tienen acceso a electricidad, lo que se asocia con 3,5 millones de muertes cada año. En particular, en los países en desarrollo los riesgos sanitarios están asociados al consumo de agua contaminada fecalmente, lo que a su vez impide un correcto saneamiento e higiene.
La tecnología SOLWAT integra las funciones de desinfección solar de agua y generación de energía renovable en un único sistema
Las tecnologías para la inactivación de microorganismos patógenos en el agua tienen una gran importancia para la salud y el bienestar humano. Sin embargo, la tecnologías convencionales (cloración, ozonización, lámparas UV, etc.) son a menudo altamente demandantes de energía y necesitan productos químicos y mano de obra cualificada para operar. Además, su aplicación en países en vías de desarrollo (actualmente los más vulnerables a las enfermedades de origen hídrico) es limitada debido a su dependencia de productos químicos (difíciles de obtener y muy costosos), al acceso a la electricidad y al rechazo del agua después de ser tratada debido a su sabor y olor (especialmente en el caso de la cloración). Estas limitaciones han conducido al rápido desarrollo de tecnologías alternativas para la obtención de agua destinada al consumo humano como la desinfección solar (SODIS), que ha sido identificada como uno de los métodos más apropiados para el tratamiento de agua en los países en vías de desarrollo. Sin embargo, los sistemas que dependen exclusivamente de la luz UV solar, solo utilizan un 5 % de la energía disponible, por lo que su eficiencia total se ve reducida. Por lo tanto, el desarrollo de sistemas solares de desinfección de agua solo será factible si se utiliza el espectro solar de la manera más eficiente posible, aprovechando al máximo la energía contenida en cada banda espectral.
Natalia Pichel Mira, investigadora de IMDEA Agua, ha abordado esta problemática existente en su tesis doctoral, dirigida por la Dra. Marta Vivar, y defendida el 2 de febrero de 2018 en la Universidad de Alcalá. Esta tesis, titulada “Sistema híbrido fotovoltaico-fotoquímico para el tratamiento de agua”, se centró en el desarrollo y estudio de una nueva tecnología híbrida para la desinfección de agua y la generación simultánea de electricidad (SOLWAT) que incrementa la eficiencia total de conversión de la energía solar utilizando cada parte del espectro para aquellos mecanismos en los que es más eficiente. Este estudio se combinó con la evaluación del sistema convencional de desinfección solar (utilizando botellas de plástico PET) estudiando la contribución de la luz UV y los componentes térmicos en la inactivación de las bacterias. Finalmente, también se incluyó un estudio acerca del estado actual de acceso al agua potable y los riesgos sanitarios asociados en los campamentos de refugiados saharauis como posible lugar para la implementación de esta tecnología.
Diagrama esquemático del sistema SOLWAT, donde se puede observar la integración del módulo fotovoltaico en la parte inferior y el reactor de agua en la parte superior (incluidos los diferentes materiales). También se puede observar el uso del espectro solar en el nuevo concepto: UV e infrarrojo lejano para la desinfección del agua y el infrarrojo visible e infrarrojo cercano para la generación de electricidad.
SOLWAT, sistema de referencia, botella de PET y radiómetros durante los ensayos con SODIS en las instalaciones de IMDEA Agua
Los resultados obtenidos confirmaron que la tecnología SOLWAT integra las funciones de desinfección solar de agua y generación de energía renovable en un único sistema con mayor eficiencia de desinfección que las botellas PET convencionales para todos los indicadores microbiológicos analizados e independientemente de las condiciones de temperatura y radiación UV. Por otro lado, los resultados eléctricos mostraron que la producción total de electricidad no se ve afectada por el reactor de desinfección de agua situado encima del módulo fotovoltaico a lo largo del proceso de desinfección (6h).
Por último, el estudio confirma la viabilidad de la tecnología SOLWAT para contribuir a paliar la falta de acceso a agua potable y electricidad, la cual también podría ser utilizada para el tratamiento de aguas residuales de efluentes industriales y urbanos, especialmente en tratamientos terciarios mediante una tecnología ni química ni energéticamente dependiente. Por lo tanto, considerando los riesgos de contaminación microbiológica detectados en los abastecimiento de agua potable de los campamentos de refugiados saharauis y teniendo en cuanta las condiciones de irradiancia del desierto del Sáhara (situado en la zona del ‘cinturón solar’) con altos niveles de radiación UV y temperatura ambiente, podría ser una tecnología apropiada para ser implementada a nivel doméstico y/o comunitario.
