El auge del petróleo y el gas obtenidos mediante fracturación hidráulica, o fracking, se considera un beneficio para satisfacer las necesidades energéticas de EE. UU. Pero un subproducto del proceso son millones de galones de agua mucho más salada que el agua de mar, tras disolver sales de las rocas situadas a gran profundidad bajo la superficie.
Ahora, investigadores del MIT y de Arabia Saudí afirman haber encontrado una solución económica para eliminar la sal de esta agua. El nuevo análisis se publica esta semana en la revista Applied Energy, en un artículo coescrito por el profesor del MIT John Lienhard, el becario posdoctoral Ronan McGovern y otros cuatro.
El método que proponen para tratar el “agua producida” que fluye de los pozos de petróleo y gas durante toda su operación es uno conocido desde hace décadas, pero que no se consideraba un candidato viable para aguas de salinidad extremadamente alta, como las producidas en pozos de petróleo y gas. La tecnología, la electrodiálisis, “lleva existiendo al menos 50 años”, afirma Lienhard, profesor Abdul Latif Jameel de Agua y Alimentación, además de director del Centro de Agua Limpia y Energía Limpia del MIT y de la King Fahd University of Petroleum and Minerals (KFUPM).
El equipo de investigación también incluyó al estudiante de posgrado Adam Weiner, al estudiante de posgrado Lige Sun y al estudiante de grado Chester Chambers, del MIT, así como al profesor Syed Zubair, de KFUPM.
“La electrodiálisis se considera en general ventajosa para aguas de salinidad relativamente baja”, afirma Lienhard, como las aguas salobres y poco profundas que se encuentran en muchos lugares, generalmente con una salinidad de alrededor de una décima parte de la del agua de mar. Pero la electrodiálisis también resulta económicamente viable en el otro extremo del espectro de salinidad, según muestra el nuevo análisis.
Muy salada
El agua producida por los pozos de combustibles fósiles puede tener una salinidad de tres a seis veces superior a la del agua de mar; la nueva investigación indica que esta sal puede eliminarse eficazmente mediante una sucesión de etapas de electrodiálisis.
La idea no sería purificar el agua lo suficiente como para hacerla potable, afirman los investigadores. Más bien, podría depurarse lo necesario para permitir su reutilización como parte del fluido de fracturación hidráulica inyectado en pozos posteriores, reduciendo significativamente la cantidad de agua necesaria de otras fuentes.
Lienhard explica que, si se intenta obtener agua pura, la electrodiálisis se vuelve cada vez menos eficiente a medida que el agua pierde salinidad, porque requiere que la corriente eléctrica fluya a través del propio agua: el agua salada conduce bien la electricidad, pero el agua pura no.
McGovern, becario posdoctoral del Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT y autor principal del artículo, afirma que otra ventaja del sistema propuesto es la “flexibilidad en la cantidad de sal que eliminamos. Podemos producir cualquier nivel de salinidad de salida”. Según él, los costes de instalación de un sistema de electrodiálisis parecen compararse favorablemente con otros sistemas de uso generalizado para tratar el agua producida.
Según McGovern, todavía no está claro cuál es la salinidad óptima para los fluidos de fracking. “La gran pregunta en este momento es a qué salinidad debería reutilizarse el agua”, afirma. “Ofrecemos una forma de controlar esa concentración”.
Primero, la filtración
Antes de llegar a la etapa de desalinización, los investigadores prevén que las impurezas químicas del agua se eliminen mediante filtración convencional. Una incertidumbre pendiente es hasta qué punto resistirían las membranas utilizadas en la electrodiálisis tras la exposición a agua que contiene trazas de petróleo o gas. “Necesitamos cierta caracterización en laboratorio de la respuesta”, afirma McGovern.
Si el sistema funciona tan bien como sugiere este análisis, no solo podría suponer un ahorro significativo en la cantidad de agua dulce que debe desviarse de la agricultura, del agua potable u otros usos, sino que también reduciría significativamente el volumen de agua contaminada que habría que eliminar de estos emplazamientos de perforación.
“Si se logra cerrar el ciclo”, afirma Lienhard, “se puede reducir o eliminar la carga de necesitar agua dulce”. Esto podría ser especialmente importante en las principales zonas productoras de petróleo, como Texas, que ya sufre escasez de agua, según señala.
Aunque la tecnología de electrodiálisis está disponible en la actualidad, Lienhard explica que esta aplicación requeriría el desarrollo de algunos equipos nuevos.
Jack Gilron, que estudia la desalinización y el tratamiento del agua en la Universidad Ben Gurion de Israel y que no participó en esta investigación, afirma que el equipo ha “creado una demostración impresionante de su enfoque sistemático para el análisis del rendimiento de la [electrodiálisis] en el sistema de agua producida”. Sin embargo, añade: “Los autores señalan correctamente que los problemas de incrustación y ensuciamiento orgánico deben resolverse para poder poner en práctica la [electrodiálisis] en este sistema”.
El trabajo contó con el apoyo de KFUPM, la Beca Conmemorativa Hugh Hampton Young y la Iniciativa Energética del MIT.
Publicado en colaboración con MIT News
Autor: David L. Chandler es escritor independiente y autor que escribe sobre ciencia desde 1975. Actualmente es profesor Bruce Mahan de Química en la Universidad de California, Berkeley. Obtuvo su título S.B. en Química en el MIT en 1966, y su Ph.D. en Física Química en Harvard en 1969.
Imagen: El emplazamiento de perforación de Cuadrilla en Balcombe, al sur de Inglaterra, el 15 de agosto de 2013. REUTERS/Gareth Fuller/Pool
