NANOTECNOLOGÍA Y AGUA I. FILTROS

A diferencia de otras tecnologías, que han nacido directamente de una disciplina científica concreta, la nanotecnología abarca un amplio abanico de áreas de estudio. En esencia, se define por la escala en la que opera: la nanociencia y la nanotecnología suponen estudiar y trabajar con materia a escala ultra pequeña. Un nanómetro es la millonésima parte de un milímetro y un solo cabello humano tiene unos 80.000 nanómetros de ancho. Es difícil hacerse una imagen visual del tamaño, pero para tener una idea, si la distancia que hay entre el Sol y la Tierra fuera de un metro, un nanómetro sería lo que ocuparía una cancha de fútbol.

Los nanotubos de carbono tienen un gran potencial para convertirse en el material adecuado para la construcción de filtros prácticamente perfectos. Su estructura y tamaño podrían "discriminar" entre las moléculas de agua y las pertenecientes a las impurezas que esta contiene en suspensión. Un filtro de este tipo incluso sería capaz de eliminar del agua virus, bacterias y metales, tres de las causas más frecuentes de contaminación.

Una ventaja innegable de este sistema es que no necesita una fuente de energía externa para funcionar. Simplemente se haría pasar el agua a través del dispositivo. Y su costo sería lo suficientemente bajo como para los 2400 millones de personas, que ya sufren algunas de las consecuencias de la escasez de agua potable, tengan acceso este tipo de filtros.

El agua se ha convertido en uno de los recursos más preciados del planeta. El rápido aumento de la población mundial sumado a la escasez de este elemento ha obligado al hombre a agudizar su ingenio para conseguir agua potable. Por otra parte  enfermedades relacionadas con el agua suponen la causa de la muerte de miles, tal vez decenas de miles de niños cada día. Todo esto se podría prevenir con la nanotecnología molecular que ya  ofrece oportunidades en muchos otros ámbitos.

Hoy en día mucha agua se desperdicia porque no es cien por cien pura. Las tecnologías de tratamiento eléctrico mecánicas sencillas y fiables pueden recuperar el agua contaminada para usos agrícolas o incluso para el doméstico. Estas tecnologías requieren de una fuente modesta de energía. Filtros físicos con poros de una escala nanométrica pueden eliminar el 100% de bacterias, virus y hasta priones. Una tecnología de separación eléctrica que atrae los iones a láminas supercapacitoras puede eliminar sales y metales pesados.

La capacidad de reciclar el agua de cualquier fuente para cualquier uso podría ahorrar enormes cantidades de agua y permitir el uso de recursos hidráulicos hasta ahora no aprovechados, permitiendo también eliminar el tipo de contaminación "rio abajo"; mediante filtros de agua totalmente eficaces capaces de asumir la regeneración de las aguas "sucias" provenientes de las actividades agrícolas e industriales..

Los costes iníciales de fabricación de los  dispositivos de tratamiento de agua basados en la nanotecnología molecular así como los costes de la energía  serían muy bajos. Filtros de materiales bien estructurados y pequeños actuadores permitirían que hasta los elementos más pequeños puedan controlarse y depurarse y unidades compactas de filtros completamente automatizadas se podrían integrar en los sistemas de potabilización

Investigación publicada en "Physics World"

• El estudio muestra el potencial de la nanotecnología para desalinizar agua
• Muchas plantas desalinizadoras utilizan la ósmosis inversa
• Las membranas de los nanotubos de carbono son 20 veces más permeables
• Son más eficaces y necesitan menos energía, con lo que el coste se reduciría

La nanotecnología podría mejorar los sistemas que se utilizan en la actualidad para desalinizar agua del mar. Una investigación de la Universidad escocesa de Strathclyde muestra cómo los nanotubos de carbono (finísimas capas de carbono de sólo un átomo de grosor enrolladas en cilindros) podrían utilizarse para filtrar agua salada de una manera más eficaz y económica que los sistemas usados hasta ahora. Las conclusiones del estudio se han publicado en 'Physics World'.

Para llevar a cabo la investigación, liderada por Jason Reese, profesor de Termodinámica y Mecánica de Fluidos de la Universidad de Strathclyde, se hicieron simulaciones por ordenador.

La técnica basada en la ósmosis, consiste como sabemos en poner en contacto mediante una membrana permeable dos fluidos con diferentes concentraciones de sólidos disueltos. La membrana permite el paso del fluido que tiene menor concentración (de sal y minerales en el caso del agua del mar) a la zona en la que se encuentra el fluido con mayor concentración.

Para convertir agua del mar en potable, la mayor parte de las plantas de desalinización utilizan el proceso inverso, conocido como ósmosis inversa. El agua se presuriza a un valor superior al de la ósmosis para conseguir el paso del agua con más concentración a la zona en la que hay menos. De esta forma, el agua se mueve hacia la zona en la que se encuentra el agua potable y la salmuera queda atrás. Para que se considere potable, es suficiente con filtrar el 95% de la sal y minerales.

Gracias a esta técnica se consigue agua potable pero el proceso es poco eficiente y hace falta una gran cantidad de energía para llevarlo a cabo, lo que dispara el coste.

Según los autores de este estudio, los nanotubos de carbono permitirían fabricar membranas 20 veces más permeables que las que se utilizan en las plantas desalinizadoras. De esta forma se reduciría la energía necesaria para poner en marcha el proceso y con ello, el coste. Además, los autores aseguran que los nanotubos de carbono han demostrado ser muy eficaces a la hora de repeler iones de sal.

La nanotecnología permitiría por tanto instalar plantas desalinizadoras en países en desarrollo que en la actualidad no pueden afrontar el gran coste de convertir agua de mar en potable.

Según los autores del informe, conseguir un metro cúbico de agua potable a partir del océano cuesta 0,45 dólares. Es decir, cinco veces más que lo que cuesta extraer y procesar agua de un río o de una fuente subterránea. Los países ricos pueden permitirse esta inversión pero el proceso resulta inviable para los países más pobres, que con frecuencia son los que más sufren la carestía de agua.

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EL DISEÑO ECOLOGICO EN ESPAÑA

 

El diseño ecológico es un nuevo concepto que busca reducir el consumo de energía de productos como, por ejemplo, los electrodomésticos. La información relativa a los resultados ecológicos y a la eficacia energética del producto deberá ser visible, a ser posible, en el propio producto, para que el consumidor pueda comparar antes de comprar.

La Directiva 2005/32/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 6 de julio de 2005, instaura el marco para el establecimiento de requisitos de diseño ecológico aplicables a los productos que utilizan energía y por la que se modifica la Directiva 92/42/CEE del Consejo y las Directivas 96/57/CE y 2000/55/CE del Parlamento Europeo y del Consejo [Véanse los actos modificativos].

En España el Consejo de Ministros de 18 de febrero de 2011 aprobó el Real Decreto 187/2011 de 3 de Marzo estableciendo unos requisitos que los productos relacionados con la energía deben incorporar a la hora de ser diseñados, con el fin de contribuir al desarrollo sostenible con el fin de contribuir al desarrollo sostenible y a la protección del medio ambiente a través del incremento de la eficiencia energética, la disminución de la contaminación y el incremento de la seguridad del abastecimiento energético.

Hasta el momento, en la legislación española existía una regulación similar aplicada tan sólo a los productos que utilizaban energía. El Real Decreto 187/2011 de 3 de Marzo incorpora al ordenamiento jurídico español la Directiva 2009/125/CE, de 21 de octubre de 2009, sobre criterios ecológicos de diseño y sustituye a la normativa española anterior, ampliando su ámbito de actuación a todos los productos relacionados con la energía.

El Real Decreto afecta a todos aquellos bienes que tienen un impacto sobre el consumo de energía durante su utilización. Se trata de productos relacionados con la energía que tienen un importante potencial para reducir las consecuencias medioambientales como ventanas y materiales aislantes utilizados en la construcción o algunos productos que utilizan el agua, como los grifos por ejemplo. Son productos que mediante un mejor diseño ecológico puedan contribuir a un ahorro energético importante durante su utilización.

Los criterios ecológicos que tendrán que incorporarse al diseño no afectarán de forma significativa a la funcionalidad del producto, a su dispuesto en el Real Decreto.

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APROVECHAMIENTO DEL AGUA DE LLUVIA. SOLUCIONES TECNOLÓGICAS

El Agua de Lluvia es un recurso alternativo para el suministro de agua en el sector de la edificación. En España, como suele ser habitual, existen inercias normativas, técnicas y de mercado que impiden la implantación de tecnologías innovadoras. Ello nos sitúa en la cola de los países europeos en tecnologías de aprovechamiento de aguas pluviales para usos en edificación. Con la idea de trabajar para dar a conocer la recuperación de agua de lluvia, surge en diciembre de 2008 una iniciativa para trabajar conjuntamente desde la plataforma de Aqua España.

Después de 2 años intensos de trabajo, la comisión de Gestión de aguas pluviales puede ofrecer un documento técnico que analiza las soluciones tecnológicas existentes aplicables a las necesidades de un entorno mediterráneo en materia de aprovechamiento de las aguas pluviales en la edificación. Este resultado, liderado desde la industria española de las tecnologías del agua se pone a disposición de la sociedad y de los organismos públicos para contribuir desde una vertiente tecnológica al desarrollo de soluciones para la gestión sostenible de los recursos hídricos alternativos. Las expectativas son altas y Aqua España quiere emplazar a las administraciones y a la sociedad civil a una apuesta clara para la modernización y gestión del agua con criterios de sostenibilidad.

El aprovechamiento del agua de la lluvia, una práctica tan básica desde las culturas clásicas y con tanta difusión y posibilidades en el ámbito mediterráneo, debe tener un papel central en las iniciativas avanzadas de gestión del agua. Existen multitud de aplicaciones diarias que no requieren una calidad de agua potable y para las cuales el agua de lluvia es una alternativa eficaz y adecuada: cisternas de inodoros, lavado de ropa, riego, limpieza. Aplicando estas medidas se puede reducir un 40% el consumo de agua de nuestros hogares.

Ir a la guía técnica del aprovechamiento de las agua pluviales en edificios

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EL AGUA EN EL MUNDO

·    El 97,5% del agua del mundo es agua salada. Si toda el agua del mundo estuviera dentro de una cubeta, solo una cucharada seria agua potable. Human Development Report (HDR)

·    Mientras que la población mundial se triplico en el siglo XX, el uso de agua renovable ha incrementado seis veces.  En los próximos 50 años, la población crecerá entre un 40 y 50 % más. (World Water Council)

·    884 millones de personas en el mundo no tienen acceso a agua potable.  Es decir casi una octava parte de la población mundial. (UNICEF/OMS)

·    1,4 millones de niños mueren cada año a causa de enfermedades relacionadas con el consumo de agua sucia – 4.000 muertes al día o un niño cada 20 segundos.  (OMS/WaterAid)

·    Por cada 1 € invertido en agua y saneamiento, 8 € regresan. United Nations Development Programme (UNDP)

·   

·    Lavarse las manos con agua y jabón puede reducir problemas de diarrea hasta en un 47% (UN Water)

·    El peso del agua que las mujeres en África y Asia cargan en sus cabezas es aproximadamente 20kg, el peso medio que permiten algunos aeropuertos europeos. (HDR-UN 2006)

·    Un europeo usa aproximadamente 200 litros de agua al día.  Un Norte Americano usa 400 litros. (HDR, 2006)

·    Un WC antiguo usa al menos 9 litros de agua cada carga; un WC actual usa 3 litros.  En el Reino Unido se usan aproximadamente 50 litros de agua por persona al día en descargas del WC; 35% del agua para uso domestico. (Environment Agency)

·    Si el ser humano continúa con sus hábitos de consumo, en los próximos 20 años habrá un incremento de 40% en el consumo de agua. United Nations Environment Programme (UNEP)

Usos del Agua en el Mundo

Se estima que el total global de agua dulce que se consume al año es de 4.000 km³, incluyendo a los sectores, agropecuario, domestico e industrial.  6.400 km³ de agua pluvial se usa para la agricultura y se estima que alrededor de 70.000 km³ de agua se evaporan de la vegetación.  (UNESCO)

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LA HUELLA HÍDRICA Y AGUA VIRTUAL

La huella hídrica de una persona, empresa o país se define como el volumen total de agua dulce usada para producir los bienes y servicios consumidos por dicha persona, empresa o país. La huella hídrica se expresa por lo general en términos de volumen de agua utilizada por año.

Dado que no todos los bienes consumidos en un país son producidos en el mismo, la huella hídrica viene dada por: el uso doméstico de los recursos hídricos y el uso de agua procedente del extranjero. La huella hídrica incluye tanto el agua superficial como la subterránea, sin olvidar el uso de la humedad del suelo para fines agrícolas.

El agua virtual es el agua que “contienen” los productos. Para producir bienes y servicios se necesita agua; el agua utilizada para producir productos agrícolas o industriales se denomina el agua virtual del producto.

El volumen global de flujos de agua virtual relacionado con el comercio internacional de productos es de 1.600 de Km³/año. Cerca del 80% de estos flujos de agua virtual está relacionado con el comercio de productos agrícolas, mientras que el resto de los flujos se relacionan con el comercio de productos industriales
Se puede reducir el consumo de agua virtual si hay un intercambio de productos entre países con alta productividad y países de baja productividad. Por ejemplo,

El volumen global de flujos de agua virtual relacionado con el comercio internacional de productos es de 1.600 de Km³/año. Cerca del 80% de estos flujos de agua virtual está relacionado con el comercio de productos agrícolas, mientras que el resto de los flujos se relacionan con el comercio de productos industriales.La producción de 1 kilo de:

·    Arroz requiere 3.000 litros de agua

·    Maíz requiere 900 litros de agua

·    Trigo requiere 1.350 litros de agua

·    Carne de vacuno requiere 16.000 litros de agua.

·    Se necesitan 140 litros de agua para producir 1 taza de café, mientras que la producción de 1 litro de leche requiere 1.000 litros de agua.

·    La producción de un kilo de ternera requiere 16.000 litros de agua.

·    La huella hídrica de China es alrededor de 700 metros cúbicos por año per capita. Solo cerca del 7% de la huella hídrica de China proviene de fuera de China.

·    Japón tiene una huella hídrica total de 1150 metros cúbicos por año per capita, alrededor del 65% de esta huella proviene de exterior del país.

·    La huella hídrica de EEUU es 2.500 metros cúbicos por año per capita.

·    La huella hídrica de la población española es 2.325 metros cúbicos por año per capita. Alrededor del 36% de esta huella hídrica se origina fuera de España.

A nivel global, se ahorra agua al exportar productos agrícolas de regiones con alta productividad de agua hacia regiones con baja productividad de agua. En la actualidad, si los países importadores produjeran domésticamente todos los productos agrícolas, necesitarían 1.600 Km³ de agua al año, sin embargo, los países exportadores están produciendo estos productos con sólo 1.200 Km³/año, ahorrando a nivel global alrededor de unos 400 km³ de agua al año.

El consumo per cápita de agua virtual contenido en nuestras alimentación varía según el tipo de dieta alimenticia, desde 1 m³/día para una dieta de supervivencia, hasta 2,6 m³/día para una dieta vegetariana y más de 5 m³ para una dieta a base de carne como la de los Estados Unidos.

Tan sólo un 7% de la huella hídrica de China, que es de 700 m³ de agua per cápita al año (m³/cap/año), es externa al país, mientras que el 65% de la huella hídrica total de Japón, que es de 1150 m³/cap/año, es externa.

Se estima que el promedio de la huella hídrica de los Estados Unidos es de 2.480 m³/cap/año, mientras que el promedio mundial de la huella hídrica es de 1.240 m³/cap/año.

Información extraída del 2° Informe de las Naciones Unidas sobre el Desarrollo de los Recursos Hídricos en el Mundo“El agua, una responsabilidad compartida”. The United Nations World Water Development Report 3, “Water in a changing World”  y del sitio web “La huella hídrica” del Instituto UNESCO-IHE para la Educación relativa al Agua.

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INFOGRAFIA SOBRE EL CONSUMO DEL AGUA POR PAISES

Quieres saber cuánta agua se consume en cada país o cuánta agua se consume en cada tipo de alimentos, bebidas y productos que se compran...? La interesante infografía en Adobe Flash Player situada al final del blog y creada por  Joseph Bergen and Nickie Huang (http://www.josephbergen.com/), alumnos del Harvard Graduate School of Design revela el contenido de agua existente en cada nación y en los bienes de consumo.

Notas:

1. Explorar

Mueve el ratón por el mapa para ver una amplia gama de información sobre el agua.

2. Comparar

Haz clic en un país o un elemento para mostrar sus datos mientras exploras otros países y temas.

3. Etiqueta

Haz clic en el botón "Imprimir etiqueta' para abrir una simple etiqueta que muestra exactamente cuánta agua utiliza la selección activa.

Las barras y los colores para las disponibilidades de agua han sido adaptados a una escala logarítmica aunque para  los países con valores más bajos se han tomado los valores absolutos

Existen algunas lagunas y discrepancias en los datos utilizados para su visualización que siendo posible que deban ser modificados, por lo que si eres consciente u observas algún error y desea incluirlos en una lista comunícalo por correo electrónico joseph@josephbergen.com con la rectificación y la fuente ya que las rectificaciones propuestas sin aportar una fuente legitima y digna de confianza no serán consideradas

Si deseas obtener la infografía en pantalla completa clica aquí: (ver en pantalla completa)

Fuentes:

1.    "2004 Global Clean Water Supply as % of Population," Pacific Institute, accessed March 13, 2011

2.    "Access to Safe Drinking Water, by Country, 1970 to 2004," Pacific Institute, accessed March 13, 2011

3.    "Everything About Water," Pacific Institute, accessed March 13, 2011

4.    "Water Content of Things", Pacific Institute, accessed March 13, 2011

5.    countries.js

PLAN ESPAÑOL DE ACCIÓN DE AHORRO Y EFICIENCIA ENERGÉTICA 2011-2020

(2º PLAN DE ACCIÓN NACIONAL DE EFICIENCIA ENERGÉTICA DE ESPAÑA)

Al final del Blog se ofrece el resumen ejecutivo de este nuevo Plan de Acción 2011-2020. Tanto el cálculo de los ahorros alcanzados hasta 2010, como la propuesta de objetivos para 2016 y 2020 se ha realizado en términos de energía final y primaria a pesar de que la Directiva 2006/32/CE sólo obliga a reportar en términos de energía final y para los sectores expresamente incluidos dentro de su ámbito de aplicación, este Plan incluye ahorros de energía final y primaria en la medida en que forma parte de una estrategia energética integrada de oferta y demanda que considera también objetivos de promoción de las energías renovables y de las tecnologías de transformación más eficientes.

En el Sector Edificación, los ahorros se localizan en el sector terciario, puesto que, en el uso vivienda, los ahorros en energía final para calefacción, derivados de las medidas propuestas sobre la epidermis edificatoria y para la mejora de la eficiencia energética de los equipos (renovaciones de calderas y equipos de aire acondicionado, básicamente), se verán, prácticamente, compensados por el aumento de la penetración de equipos de aire acondicionado doméstico. Asimismo, deberá conseguirse una importante mejora de los rendimientos de las instalaciones por la introducción en España de las redes de frío y calor, de la mano de las Empresas de Servicios Energéticos. Dichas instalaciones facilitarán la entrada de las energías renovables térmicas y la cogeneración, posibilitando mediante esta tecnología la generación distribuida de energía eléctrica, evitando pérdidas en transporte y distribución.

Por otra parte, y de forma general para todos los sectores, será necesario el desarrollo de las redes inteligentes (“Smart Grids”) que permitan la integración de la energía eléctrica generada en pequeñas instalaciones, junto al uso de mecanismos de acumulación, como el vehículo eléctrico, que puedan servir en diferentes momentos como consumidores o generadores según conveniencia del sistema. Para todas estas aplicaciones, así como para la optimización de los sistemas de gestión, será necesario un importante desarrollo de elementos de medida y control, junto con el desarrollo y aplicación de las TIC.

Dentro del Sector Edificación y Equipamiento, considerando de manera conjunta los edificios de uso vivienda y los de uso terciario, los ahorros se atribuyen, en un 73%, a las mejoras sobre la envolvente y las instalaciones térmicas, y, en un 29%, a las mejoras de la eficiencia energética en iluminación —de nuevo, en este uso, los ahorros se localizan, mayoritariamente, en el parque de edificios de uso terciario.

Por último, los ahorros de energía final del Sector Servicios Públicos representan un 0,7% del total, por reducción de los consumos de energía en plantas de desalación, potabilización y tratamiento de aguas residuales y por reducción de los consumos de electricidad en alumbrado público. En el Sector Agricultura y Pesca, los ahorros de energía final alcanzan, en el año 2020, el 7,5% del total de los ahorros, por reducción de los consumos energéticos del sector por unidad de valor añadido.

En el Sector Transformación de la Energía y en términos de energía primaria, los ahorros derivados de la cogeneración equivalen al 15% del total de los ahorros computados en este sector, donde se contabilizan, asimismo, los ahorros derivados de la mayor penetración de energías renovables en el parque de generación eléctrica.

Entre las medidas y mecanismos de actuación para la mejora de la eficiencia energética en el Sector Edificación y Equipamiento destacan la mejora de la eficiencia energética de la envolvente edificatoria, las instalaciones térmicas y de iluminación del parque edificatorio existente y la mejora de la eficiencia energética de las instalaciones de frío comercial; la construcción —y rehabilitación integral— de 8,2 millones de m²/año con alta calificación energética y la construcción de edificios de consumo de energía casi nulo. En lo relativo al Equipamiento, se propone la continuación del Plan Renove de Electrodomésticos con el objetivo de sustitución de 500.000 equipos/año (de un parque estimado de 90 millones de equipos).

En el Sector Servicios Públicos, se propone la mejora de la eficiencia energética de las instalaciones de alumbrado público exterior existentes y de las instalaciones actuales de potabilización, abastecimiento, depuración de aguas residuales y desalación, además de otras relativas a la formación de gestores energéticos municipales y a la realización de estudios, análisis de viabilidad y auditorías en alumbrado público.