Considerar las aguas residuales de la ciudad como un recurso.

Ante la creciente escasez mundial de agua, las ciudades ya no pueden desechar recursos preciosos y deben reciclar las aguas residuales

La gestión del agua en las ciudades es un factor crítico para el crecimiento y desarrollo sostenibles. Según el informe de Ellen MacArthur Foundation, una población global creciente que es cada vez mas urbana, significa que la demanda mundial de agua está aumentando en un 2 por ciento al año. Con una de cada cuatro ciudades que ya sufren escasez hídrica, en 2040 la demanda global podría superar la oferta en un 50%.

Históricamente, el agua ha sido visto como un activo y una vez usado ya sea en un ambiente y una vez utilizado, ya sea en un entorno de consumo, comercial o industrial, se convierte en un desperdicio. Sin embargo, en un mundo de creciente escasez de recursos, la forma en que vemos las aguas residuales está cambiando.

El tratamiento de aguas residuales es clave para cualquier sistema de agua sostenible.
Según la Organización para la Cooperación y Desarrollo Económico (OCDE), las áreas claves del agua que deben abordarse en cualquier sistema integrado de gestión del agua son el uso reducido del agua, la reutilización y la gestión de lodos. Si bien la recolección de agua de lluvia, los sistemas sostenibles de drenaje urbano , la eficiencia del agua, la reducción de fugas, la dosificación inteligente y las tarifas del agua, todas tienen un papel que desempeñar, el tratamiento de las aguas residuales descansa en el corazón de cualquier sistema de gestión de agua de circuito cerrado.

Conforme Rudy Rooth, consultor principal de DNV GL en asesoramiento sobre políticas e investigación para el uso sostenible de la energía, señala: “El lado aguas abajo del ciclo del agua puede agregar valor a la agenda de la ciudad inteligente a través de varias vías.

“La gestión adecuada del agua puede dar valor a los materiales que antes se consideraban dañinos o incluso peligrosos para el medio ambiente. Por ejemplo, las aguas residuales contienen una gran cantidad de nutrientes - nitrógeno y fosfatos - que se pueden recuperar en las plantas de tratamiento de aguas residuales y utilizar en fertilizantes ".

Ricardo Cepeda-Márquez, líder técnico de agua y desechos en C40 Cities, dice que alrededor del 80 por ciento de las aguas residuales a nivel mundial se liberan sin tratamiento. Pero agrega: "Hay urgencias ambientales en relación con el saneamiento y la salud, en el transporte y el tratamiento del agua, pero también existen grandes oportunidades y preocupaciones a corto plazo sobre la captura y la utilización de metano del tratamiento de aguas residuales".

Haciendo el tratamiento de aguas residuales más eficiente energéticamente.
El metano proveniente del tratamiento de aguas residuales es un problema de gases de efecto invernadero a corto plazo, ya que alrededor del 10 por ciento de las emisiones mundiales de metano provienen de las aguas residuales. También existe la preocupación de que el tratamiento de aguas residuales sea intensivo en energía, químicos y transporte, por lo que tratarlo como un recurso tiene sentido económico.

En Auckland, por ejemplo, la ciudad tiene un objetivo de tratamiento de aguas residuales para que el sistema energético sea autosuficiente para 2050. Esto se está haciendo utilizando el metano emitido en el sistema, para generar energía, proporcionando un doble beneficio a través de la mitigación del gas de efecto invernadero y la contaminación del aire. Si los recursos en aguas residuales se pueden valorizar, podría cambiar el tratamiento de aguas residuales de un centro de costo a un centro de ganancias.

Otra área que está ganando terreno es la idea de la reutilización de efluentes para el suministro de agua. Chris Binnie, profesor visitante en la Universidad de Exeter, señala: “A medida que la población crece y la capacidad de recuperación de los recursos hídricos disminuye, existe una mayor necesidad de considerar la reutilización de los efluentes. En el Reino Unido ya hay muchos esquemas indirectos, donde el efluente altamente tratado se diluye con agua de río.

“La reutilización directa no se utiliza en el Reino Unido, pero se encuentra en Windhoek en Namibia. En el Reino Unido, varias compañías de agua están planificando esquemas de reutilización de efluentes más indirectos. Dado que los efluentes estarán disponibles durante una sequía, tales esquemas mejorarán la capacidad de recuperación del suministro de agua ".

Cambiando la reputación de las aguas residuales en las ciudades.
Esta idea ha resultado impopular en los Estados Unidos y Australia, pero con la creciente demanda, existe una necesidad cada vez mayor de tal tratamiento. Cuando Singapur introdujo agua reciclada a partir de aguas residuales, creó una nueva marca, NEWater, para fomentar la comodidad con agua reciclada de alta calidad. Sin embargo, todavía se utiliza principalmente para fines industriales no potables. Si bien Singapur tiene sus propios reservorios, alrededor del 30 por ciento del agua de la ciudad-estado ahora se recicla, y el resto proviene de la desalinización y las importaciones.

Las ciudades también están explorando sistemas distribuidos de tratamiento de aguas residuales para reducir el costo de transporte y distribución. Andrew Newbury, socio de Gowling WLG, explica: “Los sistemas descentralizados tratan las aguas residuales cerca del punto de creación. Ellos evitan la necesidad de desarrollar costosas redes de alcantarillado intermedias entre el punto de creación y el punto de tratamiento ".

La gestión adecuada del agua puede dar valor a materiales previamente considerados dañinos o incluso peligrosos para el medio ambiente

Desarrolladores innovadores ya están entrando en el juego. En el suburbio de Barangaroo, en la ciudad de Sídney, el desarrollador Lendlease ha construido un complejo destinado a ser agua positivo, utilizando un sistema de tubería púrpura. Esto significa que el complejo minimizará el uso de la infraestructura de agua y llevará a cabo la limpieza, recolección e idealmente retroalimentando el agua dentro del sistema de la ciudad.

Los funcionarios de la ciudad deben asumir la responsabilidad de implementar el cambio.
El Sr. Cepeda-Márquez admite que algunas ciudades desconfían de tales enfoques por parte de los desarrolladores, preocupados de que si hay un problema, los funcionarios de la ciudad serán responsables. Puede ser difícil modernizar la infraestructura existente en las grandes ciudades, pero los distritos inteligentes y las ciudades en desarrollo están progresando en la implementación de estos sistemas. No obstante, hay un creciente enfoque en la descentralización y la independencia del agua, mientras que el concepto de sistemas distribuidos de tratamiento de aguas residuales sigue siendo aspiracional.

La complejidad de los problemas que trae la gestión del agua a una ciudad ha visto el lanzamiento por parte de la OCDE de sus Principios sobre la Gobernabilidad del Agua, que exige que el agua en las ciudades se administre de manera sostenible, integrada e inclusiva. Esto requiere que el agua se rija adecuadamente a través de los dominios de las escalas, autoridades y políticas.

Oriana Romano, analista de políticas para el Programa de Gobernanza del Agua de la OCDE, concluye: “Las soluciones técnicas para los desafíos relacionados con el agua, a menudo existen y son bien conocidas; lo que es desafiante es el entorno económico político para ponerlas en práctica. El mensaje para llevar a casa de nuestro trabajo sobre la gobernanza del agua es "arreglar las instituciones que en última instancia ayudan a arreglar las tuberías". "En un mundo donde el exceso de agua y la escasez de agua se están convirtiendo en problemas críticos, las ciudades inteligentes deben encontrar nuevas formas de manejar el desafío".

Felicia Jackson
Raconteur
21 Setiembre 2018

La impresión 3D es noticia de ayer. La impresión líquida al estilo de Westworld es el futuro.

Un nuevo método de impresión desarrollado por MIT Self-Assembly Lab y Steelcase tiene el potencial de cambiar nuestra forma de pensar acerca del diseño.

La impresión en 3D no ha despegado como un proceso de fabricación convencional. En esta etapa de su desarrollo, sus limitaciones superan su potencial. En comparación con el moldeo por inyección o por colada, ella esta limitada a la producción a pequeña escala a una velocidad relativamente lenta. Un nuevo proceso llamado Rapid Liquid Printing ofrece una alternativa. Es rápido, está diseñado para abordar la producción a gran escala y no se basa en materiales prototipo, sino que utiliza caucho, espuma y plástico. Más allá de sus capacidades técnicas, es simplemente hipnótico de observar.

Creada por el Self-Assembly Lab de MIT en colaboración con Steelcase, Rapid Liquid Printing dibuja físicamente en el espacio 3D en una suspensión de gel líquido y permite la creación precisa de productos personalizados. Mientras que la impresión 3D requiere la creación de capa por capa, la impresión líquida rápida funciona a través de la inyección directa en el gel, creando físicamente los objetos. Al ver que los materiales se solidifican, es fácil olvidarse de la ciencia que se encuentra detrás de ellos - por un momento, es como si hubieran aparecido por pura fuerza de voluntad. Es una cosa impresionante de presenciar, particularmente dada la compleja curvatura de los diseños. Lo que es más, en su iteración actual, no hay límites para agrandar - con un tanque lo suficientemente grande, el proceso puede crear objetos de cualquier tamaño.

Skylar Tibbits, co-director del Self-Assembly Lab de MIT con Jared Laucks, dijo a WIRED: "El gel es similar a un gel para el cabello o desinfectante de manos y tiene dos funciones claves. La primera es que puede suspender objetos de manera que no luchamos contra la gravedad y no requerimos impresión capa por capa ni materiales de soporte, que requieren mucho tiempo para imprimir. Esto significa que una parte puede imprimirse rápidamente dentro del gel y luego retirarse y simplemente lavarse con agua. el segundo es que el gel se autocura después de que pasa por la boquilla. Esto le permite moverse e imprimir continuamente dentro del gel y no crear túneles o cavidades que se llenen con material impreso ".

Se tarda aproximadamente una hora en mezclar el gel y, una vez producido, funciona de inmediato para suspender los materiales impresos. Si el material impreso es extremadamente denso, es posible que el gel deba modificarse ligeramente en términos de composición, pero Tibbits dice que, en general, la densidad no es un problema. "Hemos podido suspender plásticos, espumas, cauchos e incluso metales sin ningún problema".

La producción de objetos de alta calidad de plástico y metal tiene el potencial de cambiar los campos de diseño. En lugar de producir muebles en masa, estos podrían ser personalizados y producidos según los requisitos específicos - lo que permite a las personas definirse a sí mismas dentro de un "mar de igualdad", como lo expresa Rob Poel, Director de Innovación de Nuevos Negocios de Steelcase. El proceso también podría abrir nuevas vías para la producción en las industrias automotriz y aeroespacial, donde es esencial una fabricación rápida a gran escala.

Tibbits dice: "El límite de tamaño en realidad solo está limitado por el tamaño de la máquina y la cantidad de gel. Pero también se puede usar para estructuras impresas más pequeñas con características de alta resolución, pero es probable que su impresión sea más lenta".

La capacidad creativa de Rapid Liquid Printing se ha exhibido recientemente en la Feria del Mueble de Milán con el diseñador de productos Christophe Guberan, en la que el equipo imprimió una mesa experimental para Bassline, una nueva colección de tablas creada por Turnstone. La mesa Bassline es el objeto más grande que el equipo ha creado hasta ahora y se imprimió en un tanque de un metro de largo.

La impresión líquida rápida aún está en la fase de investigación, pero cuando se le pregunta qué depara el futuro para la tecnología, Tibbits dice que tiene planes para un mayor desarrollo.

"Estamos entusiasmados por experimentar con nuevos materiales [buscando crear] estructuras impresas más grandes y procesos más rápidos y eficientes".

ALEXANDRA SIMON-LEWIS
Wired
04 Mayo 2017

Las fascinantes tecnologías que logran obtener agua potable del aire

El aire que respiramos tiene agua. Ser capaces de extraerla aportaría soluciones a problemas de abastecimiento; aunque no es tarea fácil.

Todo el aire, desde los desiertos áridos hasta las ciudades húmedas, contienen vapor de agua.

Según se estima, en todo el planeta, el aire húmedo contiene 12.900 kilómetros cúbicos de agua, una cifra superior a los 11.600 kilómetros cúbicos que conforman el cauce del Lago Superior, el más grande de América del Norte, y que los 2.700 kilómetros cúbicos del Lago Victoria, el más grande de África.

Pero no estamos hablando de nubes, sino de la humedad del aire que respiramos, que reaparece como las gotas de agua que suda una lata de refresco frío o el rocío de la mañana sobre el césped.

Existe en la actualidad una carrera tecnológica por cosecharla como agua apta para beber. Si los dispositivos emergentes de "agua del aire" (WFA por sus siglas en inglés) lo consiguen, eso sería un gran avance en el camino para resolver los problemas mundiales de agua dulce.

Para 2025, se estima que dos tercios de la población mundial (que crece rápidamente) vivirá en condiciones de grave estrés hídrico.

Ya hay 2.100 millones de personas que viven sin agua potable. A los más pobres del mundo se les está cobrando de más por agua que saben que es insegura, pero no tienen más opción que bebérsela.

El agua contaminada causa medio millón de muertes por diarrea cada año. Mientras tanto, en los países más ricos (donde se consume más agua que en los pobres debido a la agricultura intensiva y la industria) el agua de los acuíferos subterráneos y cuencas está mermando a un ritmo mayor que el de reposición.

A esto se suma una cuestión de confianza, ya que los ciudadanos dudan de la calidad del agua que las autoridades les dicen que es segura.

En la ciudad de Flint, en Estados Unidos, se han detectado materiales radioactivos, arsénico y plomo en el agua de caño. Los consumidores de clase media están recurriendo al agua embotellada.

El mercado de agua embotellada ha crecido un 10% cada año desde 2013, llegando a 391.000 millones de litros vendidos en 2017 (eso es más que 150.000 piscinas olímpicas).

Una fuente alternativa viable de agua dulce es desesperadamente necesaria para reducir enfermedades y pobreza y a la vez muy atractiva para los consumidores.

Obtener agua del aire no es un concepto muy novedoso, puede que tengas en casa un deshumidificador que haga precisamente eso. Pero el agua que capta no está limpia, no contiene los materiales que necesitamos y requiere una energía excesiva para abastecer una casa y menos aún una comunidad.

Hay varias compañías que, sin embargo, están adaptando la tecnología deshumidificadora para obtener agua potable.

Los deshumidificadores mecánicos contienen serpentines de metal llenos de un gas refrigerante, muy parecido al congelador de la refrigeradora, que crea un punto de condensación (la temperatura a la cual el vapor de agua del aire se satura y pasa de un estado gaseoso a uno líquido).

El vapor de agua que entra en un WFA se condensa en un serpentín refrigerante de la misma forma, pero una vez recogido, es filtrado, esterilizado por una luz ultravioleta, mineralizado y almacenado en un tanque de calidad alimentaria, lista para beber.

Varias iniciativas

Roland Wahlgren, un consultor canadiense especializado en agua, mantiene un directorio actualizado de las últimas innovaciones en WFA en su página web Atmoswater.com.

De las 71 compañías activas de su base de datos, 64 están dedicadas a la refrigeración mecánica, lo que la hace la tecnología dominante en el mercado.

Wahlgren estima que el consumo de energía típico está en alrededor de 0,4 kilovatios hora por litro (que cuesta US$0,052 según los precios actuales de la electricidad).

La empresa sudafricana Water from Air (agua del aire), fabrica una fuente de agua para el hogar que es capaz de producir 32 litros al día. Su ventaja respecto a las fuentes tradicionales es que no hay que estar reemplazando constantemente los toneles de plástico cuando el agua se acaba, sino que esta continua extrayéndose del aire.

La empresa india WaterMaker vende una variedad de modelos que van desde unos pequeños hasta otros del tamaño de un camión "ideales para pueblos o comunidades cerradas".

Sin embargo, hay algunas condiciones que son importantes para que estos dispositivos funcionen al máximo.

La eficiencia, por ejemplo, depende de la humedad relativa: la cantidad de agua presente en el aire, como un porcentaje del volumen necesario para alcanzar la saturación.

Para la mayoría de dispositivos, esa cifra está por encima del 60% para un funcionamiento óptimo, lo cual está bien si vives en Costa Rica, donde la humedad suele ser del 90% o más. Pero no es ideal para quienes viven en Irán, donde esta puede caer al 17%.

No obstante, una nueva compañía británica, Requench, incursionará en el mercado este año con una unidad que es literalmente del tamaño de un contenedor marítimo y supuestamente puede funcionar con una humedad relativa de solo el 15%. El prototipo produce 2.000 litros al día en condiciones húmedas y no menos de 500 litros incluso en climas secos.

Otra solución puede proceder de una tecnología de WFA totalmente diferente.

En vez de serpentines de refrigeración, un material "desecante" absorbe agua del aire como una esponja química y no necesita energía para hacerlo.

Este tipo de tecnología acaba de trasladarse del campo de la investigación y el desarrollo a los productos comerciales, dice Wahlgren: "Los sistemas desecantes pueden hacerse de materiales menos caros de modo que el precio de venta al público por la misma capacidad de producción de agua puede ser más bajo... [y puede] trabajar con menos humedad que los deshumidificadores mecánicos".

Como el azúcar

Zero Mass Water fue fundada por Cody Friesen, profesor adjunto de materiales científicos de la Universidad Estatal de Arizona en 2014. Su producto, Source, usa un desecante dentro de un pequeño panel solar de techo al que él llama "hidropanel".

"Nuestro desecante fue desarrollado por mi grupo de investigación de la Universidad Estatal de Arizona", explica Friesen, cuya infancia en el desierto de Arizona le dio una afinidad natural a la conservación del agua.

"Necesitas algo que absorba el agua en condiciones de humedad muy bajas, incluso al 5% de humedad. Por ejemplo, cuando dejas el azucarero destapado, el azúcar se pone grumosa. El azúcar es un desecante natural, pero actúa muy lentamente. Ahora, imagina un material de diseño capaz de hacerlo muy rápidamente".

Su material es un secreto comercial, pero sí puede revelar que incluye una mezcla de cloruro de litio e iones orgánicos.

El panel solar en sí mismo contiene algún material fotovoltaico, que lleva un pequeño ventilador para jalar aire a través del sistema.

Pero, en general, es un sistema térmico solar, esto evapora el agua de vuelta a la esponja química para que sea condensada y recogida. No necesita un serpentín refrigerante para condensarla porque puede usar la temperatura ambiente exterior, que es más fría.

Con un precio inicial de US$4.000, Source produce un promedio de 3 a 5 litros al día, mucho menos que los refrigerantes mecánicos.

Pero es mucho menos intensa en materia de energía, requiriendo solo 100W de una fuente de energía alternativa.

Water From Air, en cambio, necesita 500W y niveles de humedad del 80-95% para producir entre 25 a 30 litros al día. Diseñada tanto para verse bien como para hacer bien, Friesen quiere que Source atraiga a esos consumidores que ya están gastando cientos de dólares al año en agua embotellada.

"Cada año, se venden medio billón de litros de agua embotellada. Hagamos que esa cifra caiga", dice. "La huella de carbono asociada al plástico es masiva".

A los cinco años de haber comprado un Source, el precio medio por litro pasa a ser de US$0,16, reemplazando unas 30.000 botellas de plástico de 500 mililitros.

Hasta ahora, sus mayores clientes han sido casas rurales de Estados Unidos y Australia, pero también escuelas en México, un orfanato en Líbano y una estación de bomberos en Puerto Rico. (Después del huracán de 2017, un bombero le dijo a Friesen: "Cuando se vayan los militares... la única fuente de agua potable que tendremos será esta).

Una torre de agua

Pero existe otro WFA que no requiere nada de electricidad de ningún tipo y que fue diseñado en una de las regiones más pobres del mundo. En la Etiopía rural, Togo y, pronto, Haití, se erige una Torre Warka, de cerca de 10 metros de altura.

Con apariencia de haber sido sacada de un festival de música, tiene una estructura con forma de florero gigante de bambú que sostiene a cientos de metros cuadrado de fina malla de poliéster.

Esta recoge la neblina de la mañana, que chorrea a un tanque subterráneo a través de un sistema de filtración a base de piedra.

El arquitecto italiano que lo diseñó, Arturo Vittori, tuvo la idea mientras diseñaba una base lunar para la NASA. "Cuando diseñas para un clima tan extremo como el espacio exterior, tienes que traer el agua desde la Tierra y luego reciclarla y reutilizar el agua en un sistema cerrado... Lo mismo pasa en nuestro planeta pero el ciclo del agua lo hace naturalmente para nosotros".

La primera Torre Warka se erigió en Etiopía en 2015. Cuando las nieblas estacionales llegan, la torre produce agua constantemente.

"Pero incluso cuando no hay lluvia ni niebla, la condensación nocturna todavía se da", afirma Vittori. "La capacidad de nuestro tanque de agua varía de los 1.600 litros hasta los 100.000".

La torre fue construida por pobladores locales usando métodos tradicionales y bambú, un material local.

"Ahora, en Haití y Togo estamos experimentando con [otros] materiales locales... incluso con las hojas de palma".

La Torre Warka es un "enfoque diferente" a los WFA, dice: "Se trata de entender las tradiciones locales y los materiales… Es mucho más que una máquina en el fondo de un maletero de auto. Es cero energía, no hay partes mecánicas, todo se mueve gracias a la gravedad, aire y viento".

Esta cosecha de rocío, sin embargo, necesita que haya una humedad muy alta y niebla.

Wahlgren señala que esta técnica (también conocida como enfriamiento radiativo) solo puede aplicarse en "sitios específicos… solo hay un número determinado de lugares en la Tierra en los que puede funcionar".

Para estos lugares limitados, el enfoque de Warka es admirable: es fácil de mantener usando las mismas capacidades y materiales que se usaron para instalarlo. Vittori espera que los artesanos locales construyan más dispositivos de estos en los pueblos de los alrededores sin necesidad de que él participe.

Pero si el objetivo final es dar servicio a las 2.100 millones de personas que no tienen acceso a agua potable, entonces las Torres Warka nunca serán la solución por sí solas.

Vittori calcula que una sola torre pequeña de cinco metros abastecería a alrededor de 50 personas y su construcción costaría US$3.000.

Una más grande, de 25 metros, costaría US$30.000 y abastecería a cerca de 250 personas (aunque, claramente, implicaría un cambio significante en el paisaje).

En las noches más secas, la torre no abastece de agua al tanque que lleva debajo. Refrigerantes y desecantes, mientras tanto, pueden extraer constantemente agua a un volumen mucho mayor: puede que no sea con energía cero, pero soluciones solares como Zero Mass Water pueden resultar energéticamente neutrales y alternativas a la red central.

Podrían ser grandes abastecedores de agua en un futuro cercano.

Puede que muchas más innovaciones estén por venir. La competencia internacional de innovación XPRIZE, que en años anteriores giró en torno a la inteligencia artificial y los vuelos espaciales, ofrece en la actualidad US$1,75 millones por la mejor nueva invención para "extraer agua dulce del aire".

Incluso hay sugerencias de que los WFA puedan ser hechos del tamaño de una planta de desalinización o una granja solar.

Pero, ¿tener campos llenos de WFA puede tener desventajas? ¿Podrían afectar las lluvias locales y la formación de nubes?

Desde Arizona, Friesen se ríe. Incluso si cada persona tuviera un WFA, dice, este no usaría todo el vapor de agua que viene del humo del tráfico, "así que no tenemos el problema ni siquiera de acercarnos a tener un impacto en los sistemas climáticos".

Tal vez los refrigeradores renovados, las esponjas químicas y las torres gigantes de bambú recogiendo agua del aire puedan parecernos raras ahora. Pero nuestro sistema actual de agua terrestre está fallando y necesitamos nuevas soluciones.

Tim Smedley
BBC Future
25 Octubre 2018