Evaluación ambiental de un sistema de tratamiento de agua salobre por nanofiltración y energía solar en samalayuca, chihuahua

RESUMEN La localidad de Samalayuca, Chihuahua, se caracteriza por ser una región árida con una precipitación anual de 257 mm. En algunas partes de esta zona, la extracción de agua se realiza de forma individual o familiar y en algunos casos, excede los límites permisibles en las normas existentes comprometiendo su viabilidad para irrigación agrícola y para consumo humano. Aunado a esto, para algunos habitantes de esta localidad, el acceso al agua es por medio de camiones cisterna, lo que da cuenta del problema de disponibilidad hídrica local. Actualmente, las tecnologías de desalinización con energías renovables pueden ayudar a aumentar la disponibilidad hídrica en zonas alejadas de la red eléctrica o hidráulica, específicamente, los sistemas de tratamiento por membrana impulsados con fuentes de energías limpias, como la solar fotovoltaica (FV). En este trabajo, se realiza la evaluación del impacto ambiental por medio del análisis de ciclo de vida (ACV), de un sistema de tratamiento de agua salobre por nanofiltración y energía solar fotovoltaica (NF-FV) instalado en Samalayuca, Chihuahua. El desarrollo del ACV se realiza conforme a las fases establecidas por la Organización Internacional de Normalización, la ISO 14040 e ISO 14044 y se utiliza el software SimaPro® versión 8.0.4.30. Se evalúan las cargas ambientales generadas por el sistema de nanofiltración bajo tres diferentes modelos de producción de electricidad: mix eléctrico 2018, mix eléctrico 2032 y 100% energía solar (fotovoltaica). Así mismo, se comparan los impactos ambientales generados considerando un tiempo de vida útil para las membranas de: 6 meses (peor escenario), 2 y 4 años. Se evalúa el impacto ambiental cuando se considera un tratamiento químico para las membranas, aplicado cada 6 meses, pero sin realizar un reemplazo de las mismas. Por último, se cuantifica la demanda energética acumulada durante el ciclo de vida del sistema NF-FV. 4 En la evaluación de ciclo de vida se contempla la etapa de construcción y operación del sistema NF-FV. Los flujos de entrada y salida (inputs-outputs) se obtuvieron durante el diseño, la simulación y un estudio de campo del sistema desalinizador, dicha información se adaptó a la base de datos de Ecoinvent versión 3.5 (2018). Para la evaluación de los impactos se utilizó el método ReCiPe, con factores de caracterización a escala global y, para evaluar el consumo o la demanda de energía acumulada se eligió el método Cumulative Energy Demand (CED). Los resultados indicaron que, cuando la energía proviene de la quema de combustibles fósiles, las emisiones por la etapa de operación son significativas en todas las categorías de impacto evaluadas, sobre todo en la categoría de cambio climático. Sin embargo, si el sistema NF opera con energía proveniente de una fuente limpia, el impacto ambiental se reduce significativamente. Considerar una vida útil para las membranas a 2 años y 4 años genera menores emisiones en la categoría de agotamiento de ozono, en comparación con una vida útil de 6 meses, resultado de la emisión de clorofluorocarbonos (CFC), gases responsables de la destrucción de la capa de ozono. El tratamiento químico para las membranas (sin reemplazo de éstas) genera emisiones en la categoría de cambio climático. La demanda de energía acumulada durante el ciclo de vida del sistema NF-FV proviene de la etapa de operación, esta etapa demanda la mayor cantidad de energía primaria proveniente de la energía solar.

ABSTRACT The town of Samalayuca, Chihuahua, is characterized by being and arid region with an annual rainfall of 257 mm. In some parts of this area, water extraction is carried out individually or in a family manner and in some cases, it exceeds the permissible limits in existing standards, compromising its viability for agricultural irrigation and for human consumption. In addition to this, for some inhabitants of this town, access to water is through tank trucks, which accounts for the problem of local water availability. Currently, renewable energy desalination technologies can help increase water availability in areas far from the electrical or hydraulic network, specifically, membrane treatment systems powered by clean energy sources, such as solar energy by photovoltaic system (PV). In this work, the environmental impact assessment is carried out through the Life Cycle Assessment (LCA) of a brackish water treatment system by nanofiltration and photovoltaic solar energy (NF-PV) installed in Samalayuca. LCA development is carried out according to the phases established by the International Organization for Standardization, ISO 14040 and ISO 14044 and the SimaPro® software tool version 8.04.30 is used. The evaluation compares the environmental loads generated by the nanofiltration system under three different models of electricity production: electric mix 2018, electric mix 2032 and 100% solar energy (PV). Likewise, the generated environmental impact is compared when considering a useful lifetime for membranes of 6 months (worst case scenario), 2 and 4 years. The impact is evaluated by considering as an option a chemical treatment for the membranes every 6 months, without replacing them. Finally, the accumulated energy demand during the life cycle of the system is quantified. The evaluation includes the stage of construction and operation of the NF-PV system. The input and output flows were obtained based on the data during the 6 design, simulation and experimental tests of the system. The information was adapted to the Ecoinvent database version 3.5 (2018). For the impact assessment, the ReCiPe method was used with characterization factors on a global scale and to the assess the consumption or demand for accumulated energy, the Cumulative Energy Demand (CED) method was chosen. The results indicated that when energy comes from the burning of fossil fuels, emissions from the operating stage are significant in all selected impact categories, especially in climate change. If the NF system operates with energy from a clean source, the environmental impact is significantly reduced. To consider a useful life for the membranes of 2 and 4 years generates lower emissions in ozone depletion category, in comparison with a useful life of 6 months, resulting from the emission of chlorofluorocarbons (CFCs), these gases are responsible for the destruction of the ozone layer. The chemical treatment for membranes without replacing them generates high emissions in climate change category.