En cualquier momento del día abrimos el grifo para lavar los platos, nuestras manos, o llenar una botella con la cantidad de agua necesaria para que nos refresque a lo largo de la jornada. Nuestro uso cotidiano del agua se vuelve como respirar, imperceptible. Pero para Alejandro Parra Ramírez, ingeniero ambiental colombiano de la Universidad de los Andes, y experto en ingeniería y manejo de agua de la Universidad de Stuttgart, el agua y su elemento químico -el más simple de la naturaleza- hidrogeno, está planteando una pregunta global: ¿Cómo podemos hacer la transición de energías contaminantes a energías limpias? 

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Alejandro Parra es el gerente de desarrollo de negocios en CLEWATEC, el Laboratorio alemán de Tecnología de Agua Limpia (Clean Water Technology Lab, su nombre en inglés), donde se prueban y desarrollan proyectos para el tratamiento sostenible del agua en aplicaciones tecnológicas innovadoras.  

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En su investigación Evaluación tecno económica de la electrólisis PEM: un estudio de simulación basado en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales BSM2, Alejandro, junto con tres investigadores del laboratorio de investigación Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf  en Dresde, Alemania, hace una simulación del costo del proceso de separación de hidrogeno, o lo que en el ámbito de las energías renovables denominan hidrogeno verde. Hablamos con Alejandro para entender cómo funciona el hidrogeno verde, cuáles son sus beneficios, y qué retos tienen los países que ven en el hidrogeno verde una oportunidad en la carrera por la producción de energías renovables.    

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¿Por qué esta investigación?  

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Este estudio se centra en un proceso que está teniendo mucha acogida en los países europeos, especialmente en Alemania. Hay una preocupación por encontrar nuevas maneras de producir energía que pueda abastecer las necesidades de la población y los múltiples servicios e industrias, sin emitir dióxido de carbono, que es lo que resulta de la combustión de fósiles como el petróleo o el carbón. Esto es altamente contaminante. En Europa el asunto de la transición energética es un debate complejo porque se quiere producir energías renovables con procesos sostenibles y amables con el medio ambiente, pero la demanda de energía es muy alta y la producción de energía renovable para satisfacer esa demanda es muy costosa e insuficiente. La investigación que hicimos permite simular los costos de la producción de este tipo de energía renovable con este elemento que se encuentra en el agua: el hidrogeno.   

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¿De qué se trata la investigación?  

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En los últimos años se ha buscado la generación de energía renovable. En estos momentos los países en regiones como Europa están apostando a la energía solar y eólica, en la que se instalan sistemas de paneles o turbinas que almacenan la energía que producen en baterías para ser usadas. El problema es que estos sistemas dependen del clima: necesitan largas horas de exposición a la luz solar o condiciones de viento favorables, y el clima en los países del norte no garantiza que esto ocurra. Además, se necesitan grandes extensiones de terreno para instalar estos sistemas, y estos territorios tampoco permiten que eso ocurra, el uso del suelo en muchas ocasiones no puede ser exclusivamente para estos sistemas. Entonces la producción de energía utilizando el hidrogeno parece resolver la dependencia a unas condiciones climáticas muy particulares y a un uso del suelo restringido.

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La investigación lo que propone es una simulación del proceso de transformación de energía que llamamos hidrogeno verde en plantas de tratamiento de aguas residuales, aguas que han sido ya usadas para diferentes actividades. A partir de la separación de las moléculas de agua, recuperamos el hidrogeno, que se vuelve combustible, para guardarlo en baterías usables. Todo este proceso ocurre gracias a la electrolisis que también ocurre en pequeños reactores. Sin embargo, es un proceso costoso. Entonces, lo que nos preguntamos con la investigación y la simulación es ¿cuánto cuesta lo que se necesita para hacer un proyecto de producción de hidrogeno verde en una planta de tratamiento de agua? Con el equipo lo que hacemos es ver reportes, bases de datos existentes, y poner a andar un modelo de simulación que nos proyecte los datos y nos diga los costos en diferentes condiciones.

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Entonces, ¿Qué es la electrólisis?  

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En la producción de energías no renovables como el carbón y el petróleo, el proceso es básicamente quemar, romper y generar energía. Eso deja unos residuos de carbono que se sueltan a la atmosfera, lo que conocemos como gases de efecto invernadero. La transición a energías renovables supone otros procesos en donde el residuo nos permita otros usos. La electrolisis es un proceso en el que se da una separación de elementos químicos al aplicar una corriente eléctrica. En el agua, la idea es separar hidrogeno y oxígeno para que el hidrogeno se transforme en combustible y el oxígeno, con ayuda de bacterias, limpie el agua residual durante el proceso.   

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¿Qué alcance tiene la investigación?  

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Pues mira, en Europa se está haciendo una apuesta muy importante para hacer la transición de energías no renovables a renovables. La primera apuesta fue con la energía nuclear, pero ya viste que los accidentes en las plantas reactoras es en sí todo un debate. En principio la energía nuclear es lo más viable que se tiene por costos y cantidad de energía producida, pero el riesgo humano es grande. Desde el gobierno de la primera ministra Angela Merkel, en Alemania, se ha considerado la producción de energías renovables con otros procesos en donde intervengan el viento y el sol. Pero como te explicaba no hay tierra ni condiciones climáticas. ¿Dónde sí las hay? En África, por ejemplo. Puedo decirte que nuestra investigación es una aplicación de condiciones que suponemos favorables para ver hasta cuando es viable usar la electrolisis en plantas de agua residuales sin que sea tan costoso y que produzca una cantidad de energía considerable para responder a la demanda de un país, pues solo confiando en el hidrogeno verde, es muy difícil abastecer las necesidades energéticas de la población.     

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¿y cómo ocurriría en Colombia?  

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Imagínate una región en Colombia parecida al desierto del Sahara ¿Dónde la ubicamos? Prácticamente en la Guajira. Por las condiciones de luz y de viento, si empezáramos a trabajar con energía solar y eólica, ese sería un buen lugar. En términos del hidrogeno verde, necesitaríamos un recurso hídrico a un nivel de sales y compuestos químicos presentes muy puros, porque el electrolisor, en donde ocurre todo el proceso, es muy sensible y puede dañarse, eso hace el proceso aún más costoso. Entonces, por ejemplo, con agua de mar no sería viable.  

 

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En Colombia el porcentaje de las aguas residuales tratadas es del 52 %, según los datos del Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio en el 2022. Actualmente en el país se generan 2.126 millones de metros cúbicos de aguas residuales municipales al año. Aproximadamente  630.000 mil piscinas olímpicas llenas. 

 

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¿Qué podría hacer una región como Latinoamérica frente a estas investigaciones?  

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La discusión sobre energías renovables creo que hasta ahora se está dando en Colombia y en países de Latinoamérica, CLEWATEC por ejemplo ha colaborado en algunas investigaciones con un solo país en la región, con Paraguay. Creo que hay un potencial enorme en Colombia, pero los costos son altos y la transición necesita investigación y tecnología que soporte esos costos. Creo que hay que mirar desarrollos muy interesantes en Israel, un territorio que históricamente ha carecido de fuentes hídricas y realizan trabajos enormes con aguas residuales y de mar.   

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Con la resolución 1256 de noviembre de 2021, lanzada por el Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible en conjunto con la Asociación Nacional de Empresarios de Colombia ANDI, se buscaba reglamentar el uso de las aguas residuales en el país. Esta resolución es una apuesta por una economía circular del agua que fomente una alternativa para zonas de escasez de agua a la que podrán aplicar las empresas de acueducto y otros usuarios del recurso hídrico, y que, por ejemplo, una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) destine sus aguas a usos agrícolas o industriales. 

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Estos procesos de producción de energías renovables como el hidrogeno verde, aún en discusión en Latinoamérica, plantean grandes preguntas para los gobiernos y la investigación desde la academia, para una transición de energías contaminantes a energías limpias.