Una economía circular para la sal que mantiene limpios los ríos

Durante el invierno de 2018-2019, se usó un millón de toneladas de sal para descongelar carreteras en el estado de Pensilvania. La sal de uso industrial como esta a menudo termina en ríos de agua dulce, lo que hace que esa agua ya no sea potable y contribuye a una crisis global creciente. ¿Cómo podemos proteger mejor estos valiosos recursos naturales? La fisicoquímica orgánica Tina Arrowood comparte un plan de tres pasos para mantener la sal fuera de los ríos y crear una economía circular para la sal que convierta subproductos industriales en recursos valiosos.

Al crecer en el norte de Wisconsin,

naturalmente desarrollé
una conexión con el río Misisipi.

Cuando era pequeña,

mi hermana y yo competíamos
para ver quién podía deletrear

"M-i-s-i-s-i-p-i" más rápido.

Cuando estaba en la escuela primaria,

aprendí sobre los primeros
exploradores y sus expediciones,

Marquette y Joliet, y cómo
usaron los Grandes Lagos,

el río Misisipi y sus tributarios
para descubrir el Medio Oeste

y mapear una ruta comercial
al golfo de México.

En la escuela de posgrado,

tuve la suerte de poder ver
el río Misisipi

por la ventana de mi laboratorio
de investigación

en la Universidad de Minnesota.

Durante ese período de cinco años,
llegué a conocer el río Misisipi.

Llegué a conocer
su naturaleza temperamental

y dónde sus orillas se inundarían
en un momento determinado,

y poco después
se verían sus costas secas.

Hoy, como fisicoquímica orgánica,

estoy comprometida a usar
mi entrenamiento

para ayudar a proteger ríos
como el Misisipi

del exceso de sal que proviene
de la actividad humana.

Porque, saben,

la sal puede contaminar
los ríos de agua dulce.

Los ríos de agua dulce
solo tienen niveles de sal de 0,05 %.

A este nivel es segura para el consumo.

Pero la mayor parte del agua en
nuestro planeta se encuentra en océanos,

y el agua del océano tiene
un nivel de salinidad de más del 3 %.

Si bebieran eso, enfermarían muy rápido.

Entonces, si comparamos
el volumen relativo del agua del océano

con el agua de ríos
que hay en el planeta...

Supongamos que somos capaces
de poner el agua del océano

en una piscina olímpica.

En ese caso, el agua
de los ríos del planeta

cabría en una jarra de casi 4 litros.

Pueden notar que se trata
de un recurso muy valioso.

Pero ¿lo tratamos como un recurso valioso?

¿O más bien lo tratamos
como a esa vieja alfombra

que ponemos en la puerta de casa
para limpiarnos los pies?

Tratar a los ríos como una vieja alfombra
tiene consecuencias graves.

Echemos un vistazo.

Veamos lo que una cucharadita
de sal puede hacer.

Si agregamos una cucharadita de sal

a esta piscina olímpica
con agua de océano,

el agua de océano
permanece agua de océano.

Pero si añadimos
esa misma cucharadita de sal

a esta jarra de casi 4 litros
de agua de río,

de repente se vuelve
demasiado salada para el consumo.

Lo importante de esto es que,

como el volumen de los ríos es tan pequeño
comparado con el de los océanos,

los ríos son especialmente vulnerables
a la actividad humana,

y debemos protegerlos.

Recientemente, revisé la literatura

para corroborar la salud de los ríos
de distintas partes del mundo.

Y esperaba ver ríos en malas condiciones

en regiones con escasez de agua
y gran desarrollo industrial.

Eso fue lo que noté
en el norte de China y en India.

Pero me sorprendí
al leer un artículo de 2018

en que se tomaron como muestra 232 ríos

en EE. UU.

Y de esos ríos, el 37 % tenía
niveles crecientes de salinidad.

Lo más sorprendente

es que los que tienen
mayores incrementos

fueron encontrados al este de EE. UU.

y no en el árido suroeste.

Los autores de este artículo proponen

que esto podría deberse al uso de sal
para descongelar las carreteras.

Potencialmente, otra fuente de esta sal

podrían ser las aguas residuales
industriales saladas.

Como pueden ver, las actividades humanas
pueden convertir ríos de agua dulce

en agua más parecida a la de los océanos.

Tenemos que actuar
antes de que sea demasiado tarde.

Yo tengo una propuesta.

Podemos adoptar un mecanismo
de defensa fluvial de tres pasos,

y si los usuarios de aguas industriales
practican este mecanismo de defensa,

podremos salvaguardar
nuestros ríos mucho más.

Esto implica, en primer lugar,
extraer menos agua de los ríos

al implementar el reciclaje de agua
y operaciones de reúso.

Número dos:

necesitamos extraer la sal
de estas aguas residuales industriales,

recuperarlas y reusarlas
para otros propósitos.

Y número tres: necesitamos convertir
a los consumidores de sal,

que actualmente obtienen sal de las minas,

en consumidores de sal que
la obtengan de fuentes recicladas.

Este mecanismo de defensa
de tres partes ya se está aplicando.

Esto es lo que están implementando
en el norte de China y en India

para rehabilitar los ríos.

Pero la propuesta aquí

es usar este mecanismo de defensa
para proteger nuestros ríos

y no tener que rehabilitarlos.

La buena noticia es que ya tenemos
la tecnología para hacerlo.

Es con membranas.

Las membranas pueden
separar la sal del agua.

Las membranas han existido
por varios años,

y se basan en materiales poliméricos
que separan de acuerdo con el tamaño

o de acuerdo con la carga.

Las membranas usadas
para separar la sal del agua

típicamente separan
de acuerdo con la carga.

Estas membranas tienen carga negativa

y ayudan a repeler
iones cloruro de carga negativa

que se encuentran en la sal disuelta.

Como mencioné ya, estas membranas
han existido por algunos años

y actualmente purifican unos 94 millones
de litros de agua por minuto.

En realidad, más que eso.

Pero pueden hacer más.

Estas membranas se basan
en el principio de ósmosis inversa.

La ósmosis es un proceso natural
que ocurre en nuestro organismo,

se trata del funcionamiento
de las células.

La ósmosis ocurre cuando en dos cámaras

se separan dos niveles
de concentración de sal.

Una tiene baja concentración de sal,

y la otra tiene una alta
concentración de sal.

Una membrana semipermeable
separa estas dos cámaras.

Y según el proceso natural de ósmosis,

lo que ocurre es que el agua naturalmente
se transporta a través de la membrana

del área de baja concentración de sal
al área de alta concentración de sal,

hasta alcanzar un equilibrio.

La ósmosis inversa
es lo contrario al proceso natural.

Para lograr esta inversión,

lo que hacemos es aplicar presión
a la cámara con alta concentración

y, al hacer esto, dirigimos al agua
en dirección opuesta.

Y así, el lado de alta concentración
se vuelve más salado,

más concentrado,

y el lado de baja concentración
se convierte en agua purificada.

Al usar la ósmosis inversa
podemos tomar agua residual industrial

y convertir hasta el 95 %
de ella en agua pura,

dejando solo el 5 %
como mezcla salada concentrada.

Ahora bien, este 5 % de mezcla salada
concentrada no es un desperdicio.

Los científicos también
han desarrollado membranas

que fueron modificadas para permitir
el paso de ciertas sales

y no el de otras.

Usando estas membranas,

que comúnmente se conocen
como membranas de nanofiltración,

este 5 % de solución salina concentrada

puede convertirse
en una solución salina purificada.

Así, usando la ósmosis inversa
y las membranas de nanofiltración,

podemos convertir
el agua residual industrial

en un recurso de agua y sal.

Y, al hacer esto,

lograr los pilares uno y dos
de este mecanismo de defensa fluvial.

He presentado esto
a varios usuarios de agua industrial,

y la respuesta común es:
"Sí, pero ¿quién va a usar mi sal?".

Es por eso por lo que el pilar número tres
es tan importante.

Necesitamos transformar a las personas
que usan sal proveniente de minas

en consumidores de sal reciclada.

¿Quiénes son estos consumidores de sal?

En EE. UU. en 2018,

descubrí que el 43 %
de la sal consumida en el país

se usó para descongelar carreteras.

El 39 % se usó en la industria química.

Echemos un vistazo
a estas dos aplicaciones.

Estaba sorprendida.

En la temporada de invierno 2018-2019,

un millón de toneladas de sal

se usó en carreteras
del estado de Pensilvania.

Un millón de toneladas
de sal es suficiente

para llenar dos tercios
del Empire State Building.

Eso representa un millón de toneladas
de sal extraída de la Tierra,

usada en nuestras carreteras,

y que luego se arroja al ambiente
y a nuestros ríos.

La propuesta que presento

es que al menos podríamos obtener
esa agua residual industrial salada,

evitar que acabe en los ríos

y usar más bien esa sal
para las carreteras.

Así cuando el derretimiento
ocurra en la primavera

y tengamos una escorrentía
de alta salinidad,

los ríos estén al menos en
mejores condiciones para defenderse.

Ahora bien, como química,
la oportunidad que me entusiasma más

es el concepto de introducir
sal circular a la industria química.

La industria del cloro-álcali es perfecta.

La industria del cloro-álcali
es la fuente de epoxi,

de los uretanos y solventes

y muchos productos útiles
que usamos en nuestra vida cotidiana.

Y utiliza el cloruro de sodio
como su fuente de alimentación clave.

La idea es que, antes que nada,
revisemos la economía lineal.

En una economía lineal,
la sal de obtiene de minas,

y atraviesa este proceso de cloro-álcali:

se transforma en
una sustancia química básica,

que luego puede convertirse
en otro producto nuevo,

o en uno más funcional.

Pero durante el proceso de conversión,

a menudo la sal se regenera
como subproducto,

y termina en las aguas
residuales industriales.

Entonces, la idea es que
podemos introducir circularidad

y podemos reciclar el agua y la sal

de esas corrientes de aguas
residuales industriales de las fábricas,

y podemos enviarla
al inicio del proceso de cloro-álcali.

Sal circular.

¿Cuál es el impacto de esto?

Bueno, tomemos un solo ejemplo:

el 50 % de la producción mundial
de óxido de propileno

se realiza a través
del proceso de cloro-álcali.

Eso es un total de unos 5 millones
de toneladas de óxido de propileno

al año, a nivel mundial.

Es decir, 5 millones de toneladas
de sal extraídos de la Tierra

convertidos a través del proceso
cloro-álcali en óxido de propileno,

y luego, durante ese proceso,

5 millones de toneladas de sal

terminan en corrientes
de aguas residuales.

Esos 5 millones de toneladas

son suficiente para llenar
tres Empire State Building.

Y esa cantidad es anual.

Podemos ver cómo la sal circular
puede proveer una barrera

para nuestros ríos frente
a la descarga excesiva de sal.

Quizá se pregunten:

"Si estas membranas
han existido por varios años,

entonces ¿por qué las personas
no están implementando

la reutilización de aguas residuales?".

Pues porque cuesta dinero implementar
la reutilización de agua residual.

Y, en segundo lugar,

el agua en estas regiones
está infravalorada.

Hasta que es muy tarde.

Si no planificamos
la sustentabilidad del agua dulce,

habrá consecuencias graves.

Pueden preguntar a una de las industrias
químicas más grandes del mundo

que el año pasado tuvo una pérdida
de USD 280 millones

debido a los bajos niveles
del río Rin en Alemania.

Pueden preguntar a los residentes
de Ciudad del Cabo, en Sudáfrica,

quienes experimentaron año a año sequías
que agotaron sus reservas de agua,

y luego se les pidió
que no descargaran su inodoro.

Como pueden ver,
las membranas son una solución

con la que podemos proveer agua pura,

podemos proveer sal pura
usando estas membranas,

y así proteger nuestros ríos
para las futuras generaciones.

Gracias.

(Aplausos)