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Digitalización para impulsar la eficiencia y la descarbonización del sector del agua

Desde el año 2000, los desastres relacionados con inundaciones han aumentado un 134% en comparación con las dos décadas anteriores. Y, al mismo tiempo, el sector es responsable del 2% de las emisiones mundiales de Gases de Efecto Invernadero (GEI), según el Foro Económico Mundial. Es decir, el agua sufre y al mismo tiempo contribuye al calentamiento del planeta.

Estas cifras otorgan al sector un rol clave en la crisis climática. Para cumplir con los objetivos globales, tiene la responsabilidad de reducir sus emisiones en un 50% para 2030. La buena noticia es que esta transformación es posible. ¿Cómo? La clave está en la adopción urgente de soluciones que integren eficiencia energética, descarbonización y digitalización. Este esfuerzo no solo es esencial desde una perspectiva ambiental, sino que también abre oportunidades en términos de eficiencia de las operaciones y en la reducción de costes.

Un sector clave en la lucha contra el cambio climático

El tratamiento y la distribución de agua son procesos intensivos en energía. Se estima que el sector consume aproximadamente 1.000 TWh de electricidad al año, lo que equivale casi al doble del consumo eléctrico anual de Francia. Además, ese consumo de energía es uno de los principales responsables de unas emisiones globales de 850 millones de CO2e. Hablamos de emisiones comparables a las del sector del transporte marítimo y aéreo. Por lo tanto, abordarlas es crucial para cumplir los objetivos mundiales de descarbonización.

Para cumplir con los objetivos globales, el sector tiene la responsabilidad de reducir sus emisiones en un 50% para 2030

En la infraestructura del ciclo del agua, alrededor del 75% de las emisiones proceden de la energía necesaria para bombear, tratar y transportar agua. Se trata, por lo tanto, de emisiones de Alcance 2, que se generan indirectamente a través del consumo de electricidad, normalmente a partir de combustibles fósiles. El 25% restante de las emisiones del sector son directas (Alcance 1) y se producen en las mismas plantas de tratamiento de agua. Se trata principalmente de emisiones de metano (CH4) y de óxido nitroso (N2O). Ambos gases tienen un potencial de calentamiento mucho mayor que el CO2. El metano por sí solo es responsable de un tercio del calentamiento global y tiene un potencial de calentamiento veintisiete veces superior, mientras que el óxido nitroso es trescientas veces más potente y permanece en la atmósfera hasta 150 años.

Teniendo en cuenta que entre el 60 y el 70% de la huella de carbono de una planta de tratamiento de aguas residuales procede de las emisiones directas, las empresas del sector necesitan soluciones innovadoras para reducir eficazmente estos gases tan nocivos y para adaptarse, a su vez, a una normativa cada vez más estricta. Es el caso de la reciente Directiva sobre el Tratamiento de las Aguas Residuales Urbanas, que no solo contempla la neutralidad energética en 2045, sino también el control de emisiones directas (N2O y CH4) en 2028, en plantas con una carga igual o superior a 10.000 HE (habitantes equivalentes).

La transformación digital en las operaciones de procesamiento y suministro de agua puede ayudar a reducir su consumo de energía y sus emisiones. La energía es, a menudo, el elemento más caro en las operaciones de suministro de agua y de saneamiento. Sin embargo, también es uno de los gastos que pueden abordarse más fácilmente con medidas innovadoras de eficiencia, sobre todo introduciendo soluciones digitales que permitan optimizar, gestionar y conservar la energía.   

Todo el sector debe centrar sus esfuerzos en medir este impacto. El despliegue de soluciones sostenibles a estos problemas requiere una transparencia de datos que permita reconocer las oportunidades de reducción de contaminación y de emisiones de carbono del sector. Debemos visualizar dónde actuar para conseguir un impacto positivo.

En la infraestructura del ciclo del agua, alrededor del 75% de las emisiones proceden de la energía para bombear, tratar y transportar agua

Si conseguimos extraer datos de rendimiento de la infraestructura del agua, conseguiremos subsanar las carencias e implementar medidas para la eficiencia y la sostenibilidad.  

Optimizar el consumo de energía en todo el ciclo del agua es esencial. Tanto si queremos abordar unos sistemas de bombeo ineficientes como si se quiere garantizar un mantenimiento preventivo, todas estas medidas de eficiencia requieren datos que a su vez proporcionen una visibilidad necesaria para tomar decisiones y actuar.

En el sector del agua, esto implica una red de procesamiento y distribución de agua que funcione de forma eficiente, así como un seguimiento de los recursos hídricos a medida que circulan por las infraestructuras. Para lograr esta transparencia, equipamientos como los motores, los accionamientos y las bombas, deben incorporar sensores que recojan los datos necesarios. Así, las herramientas de software que gestionan las operaciones deben conectarse a las distintas fuentes de datos para consolidarlos, contextualizarlos y que sean la base correcta para la toma de decisiones de compañía.  

Las empresas del sector del agua recurren cada vez más a la monitorización remota y al análisis de datos en tiempo real para optimizar la energía y reducir el consumo. Para ello es importante que los datos de energía estén contextualizados con el recurso tratado y todos los elementos que pueden influir en el consumo.  

El mayor potencial reside en entrenar a los algoritmos inteligentes y aprovechar la Inteligencia Artificial (IA) para tomar decisiones relacionadas con la eficiencia y la descarbonización en tiempo real, incorporando numerosos puntos de datos que ningún ser humano podría procesar de forma suficientemente oportuna, para tomar decisiones de forma autónoma. Por ello, una pieza clave es que la compañía disponga de la «infraestructura de datos» capaz de gestionar los datos en el ámbito de la operación. 

Hacer visible lo invisible

No se puede reducir lo que no se puede medir. Por lo tanto, la eficiencia, el cumplimiento con la normativa y la sostenibilidad dependen ahora de los datos proporcionados por las tecnologías digitales.  Por este motivo, las plantas de tratamiento de aguas residuales deben implementar soluciones que permitan pasar de la estimación a la monitorización en tiempo real, y a la evaluación precisa de estos GEI para, de esta forma, poder reducirlos.

Hay mucho desconocimiento en la generación de óxido nitroso (N2O) durante los procesos de nitrificación-desnitrificación en el tratamiento biológico, procesos que a su vez están íntimamente relacionados con el consumo energético. Por ello, es fundamental comenzar con mediciones precisas y fiables que puedan determinar cuál es la situación de partida.

Las empresas del sector necesitan soluciones innovadoras para reducir eficazmente gases nocivos y para adaptarse a una normativa cada vez más estricta

Las soluciones de monitorización incluyen la monitorización directa —uso de sondas para medir directamente la presencia de gases específicos— y los sensores remotos, con métodos como la espectroscopía infrarroja para detectar emisiones a distancia.

El modelado y las soluciones basadas en IA complementan la supervisión en tiempo real y proporcionan insights predictivos que permiten optimizar las operaciones y reducir los residuos y las emisiones. Los gemelos digitales, en concreto, van un paso más allá y permiten probar y perfeccionar los procesos en un entorno simulado y sin riesgos.

Al integrar la captura de datos en tiempo real con modelos y algoritmos de aprendizaje automático basados en datos en una solución, se consigue una representación virtual e interactiva de la hidráulica, los controles y los procesos de tratamiento de las plantas. Esto permite a las empresas de agua predecir, probar y optimizar la configuración operativa del sistema en tiempo real en respuesta a condiciones cambiantes, y apoyar el cumplimiento seguro de las normativas ambientales mientras se mejora la eficiencia energética.

Entre el 60 y el 70% de la huella de carbono de una planta de tratamiento de aguas residuales procede de las emisiones directas

Veamos un ejemplo de cómo la combinación de herramientas avanzadas de monitorización y análisis puede convertirse en un aliado clave para cumplir con los objetivos medioambientales y con las normativas de la Unión Europea.

En Canal de Isabel II de Madrid, las tecnologías de Schneider Electric y su partner Variolytics integran la monitorización avanzada de los GEI en tiempo real con arquitecturas basadas en la nube y aplicaciones de control de procesos para aireación impulsadas por IA. De esta forma, se detectan los picos en las emisiones de gases de efecto invernadero y se identifican posibles mejoras en las operaciones. La solución ya ha demostrado su capacidad para detectar rápidamente picos de contaminación en tiempo real y señalar oportunidades de mejora operativa. Al proporcionar datos precisos sobre la generación de GEI, como óxido nitroso (N2O), metano (CH4), nitrógeno (N2) y dióxido de carbono (CO₂) en los procesos biológicos de la planta, se logra no sólo calcular y notificar de manera precisa las emisiones directas, sino también sentar las bases para una gestión más sostenible y responsable del tratamiento de aguas residuales.

Microgrids: el futuro energético del sector del agua

Muchas empresas de agua ya están generando algún tipo de energía renovable en sus sitios. El biogás es el más prevalente; sin embargo, la generación solar también es cada vez más popular. También se utilizan energía eólica e hidroeléctrica. No obstante, la generación de energía renovable in situ presenta desafíos, como la intermitencia y la necesidad de gestionar múltiples fuentes de energía.

Por este motivo, las microgrids se han convertido en una tecnología clave para gestionar de manera flexible las fuentes de energía renovable en las plantas de tratamiento.

Las microgrids no solo minimizan las emisiones de Alcance 2 al reducir la dependencia de combustibles fósiles, sino que también aumentan la resiliencia frente a interrupciones en el suministro eléctrico.

Según GWI (Global Water Intelligence), de las 87 empresas de agua que tienen objetivos de emisiones netas cero, al menos 48 incluyen emisiones de Alcance 2 en sus metas, lo que significa que, para lograr sus objetivos de descarbonización, deben descarbonizar la energía que compran.

Al producir su propia energía, las compañías del sector del agua pueden depender menos de la red y ser más resilientes ante apagones. Sumando este enfoque y la implantación de herramientas digitales, se crea un ciclo virtuoso de eficiencia y sostenibilidad.   

En un país como España, con una alta proporción de renovables, las microgrids pueden aumentar aún más la eficiencia energética y la descarbonización reduciendo las pérdidas de transmisión, al producir energía localmente para los usuarios finales, reduciendo la factura eléctrica al optimizar los activos de energía distribuida.

Las plantas de tratamiento de aguas residuales deben implementar soluciones que permitan pasar de la estimación a la monitorización en tiempo real

En nuestro país, la innovadora solución de microrred de Schneider Electric se está implantando en las plantas de tratamiento de aguas residuales para abordar los retos asociados a la gestión de la energía renovable procedente de diversas fuentes dentro del marco normativo nacional. En Córdoba, la planta de EMACSA (Empresa Municipal de Aguas de Córdoba, S.A.) es un ejemplo destacado de estas tecnologías, al integrar energía solar y biogás para garantizar un funcionamiento sostenible y robusto. Ofrece un enfoque flexible para la gestión óptima de fuentes de energía como la solar y la cogeneración, al mismo tiempo que garantiza el cumplimiento de las normativas, allanando el camino para un uso sostenible y eficiente de la energía.

Un futuro sostenible para el sector del agua

Las herramientas digitales y el análisis de datos ofrecen posibilidades sin precedentes inigualables para aumentar la eficiencia, la eficacia y la sostenibilidad de todo el ciclo el agua. Sin embargo, este sueño solo se hará realidad si somos capaces de construir, explotar y mantener una infraestructura hídrica adecuada, y gestionarlas mediante la digitalización. 

La generación de energía renovable in situ presenta desafíos, como la intermitencia y la necesidad de gestionar múltiples fuentes de energía

Las empresas del agua disponen de muchos datos, procedentes de diversas fuentes, que pueden aprovecharse para hacer posible un futuro más sostenible del agua. Sin embargo, es necesario que todos los actores del sector adopten soluciones basadas en datos. A través de la colaboración, aprovechando los datos intersectoriales y compartiendo conocimientos, podemos innovar y establecer nuevos estándares para el suministro sostenible de agua. 

El camino hacia la descarbonización en el sector del agua ya está en marcha. Medidas como la eficiencia energética, la generación de energía renovable y tecnologías digitales como la monitorización integral de emisiones, el uso de gemelos digitales para optimizar procesos y la implementación de microgrids para gestionar eficazmente la energía, las empresas de agua pueden reducir significativamente su huella de carbono y liderar la transición para alcanzar los objetivos marcados.