Desalación para agricultura

Proyecto LIFE Deseacrop

Mercedes Calzada, Elena Campos, Rafael Buendia, Patricia Terrero y Domingo Zarzo; Sacyr Agua Concesiones19/02/2021

La desalación se ha convertido en un complemento necesario en la planificación hidráulica, junto con la reutilización, sobre todo en países como España con regiones que tienen un importante déficit hídrico.

En general cuando se habla de desalación se piensa siempre en desalación de agua de mar pero podemos desalar agua de muy distintos orígenes, como aguas subterráneas o incluso agua residual.

De acuerdo con datos recientes de la International Desalination Association (IDA, 2019), hay unas 18.000 desaladoras en el mundo que producen un total de más de 100 millones de metros cúbicos al día de agua desalada. Aproximadamente un 60% proviene de agua de mar y un 40% proviene de aguas salobres de distinto origen (ríos, lagos, aguas subterráneas, agua residual, etc.).

El fuerte crecimiento de la desalación se demuestra con los datos de un año como el 2020 que ha sido el de mayor contratación de capacidad de desalación a nivel mundial, con 6,4 millones de m3/día en el primer semestre del año, y otros 3,4 millones adicionales contratados hasta octubre de 2020. (Datos de IDA, 2020).

Mientras que el uso del agua desalada para la agricultura es una actividad prácticamente irrelevante a nivel mundial, no representando más del 2% del total de los usos, España es el país de mayor utilización de agua desalada para agricultura, con valores superiores al 21%.

En la Tabla 1 podemos observar el gran crecimiento que ha tenido el uso del agua desalada para la agricultura en España en los últimos años. Aunque se trata únicamente de la producción de las grandes desaladoras de agua de mar de Acuamed (no considerando otras plantas privadas propiedad del sector agrícola), sí nos da una idea de la magnitud y crecimiento de esta aplicación.

Tabla 1. Producción de agua desalada de las grandes desaladoras de Acuamed en el Mediterráneo Español (en Hm³/año) para distintos usos

De acuerdo con los datos de la Tabla 1, las plantas de Acuamed han producido un total de 1.426 Hm3 de agua desalada desde el comienzo de su puesta en marcha en 2005 hasta 2018, representando el uso agrícola un 43% de esta producción. Se observa que esta proporción ha ido creciendo (y sigue creciendo); en el año 2018 ya suponía un 55% y llegó al 68% de la producción en 2019.

Como se ha comentado, España es uno de los principales países de Europa con mayor estrés hídrico, principalmente en el sureste peninsular. A pesar de este gran déficit estructural de agua, la agricultura en el sudeste español es muy productiva debido a las excelentes condiciones edafoclimáticas.

Este déficit hídrico estructural ha llevado a las Comunidades de Regantes y empresas agrícolas del Levante español a contar con la desalación como parte de sus recursos de agua, integrando aguas superficiales procedentes de trasvases, aguas subterráneas, agua reutilizada y agua desalada (salobre y de mar), obteniendo además así un precio razonable gracias a la mezcla de todos estos aportes. Además, los altos retornos de inversión de los cultivos de invernadero, altamente tecnificados con productos “fuera de temporada”, hacen que el coste del agua desalada sea asumible dentro de los costes de producción para este sector de productos de alta calidad.

La desalación para agricultura tiene una serie de peculiaridades que la hacen diferente a la aplicación a otros usos, como son sus menores requerimientos en la calidad del agua y de post-tratamiento, en mano de obra, productos químicos y reemplazo de membranas, capacidad para regular la producción gracias a los sistemas de almacenamiento (pudiendo así aprovechar tarifas eléctricas más favorables) y simplicidad. Estas medidas permiten por ello obtener unos costes más reducidos que las plantas diseñadas para la producción de agua potable para abastecimiento (que deben contar además con otras medidas de seguridad adicionales).

Frente a todas las ventajas de la desalación para agricultura también hay algunos inconvenientes (en este caso de origen químico), como la presencia de Boro en el agua de mar (y en menor medida en el agua producto) que es tóxico para algunos cultivos, y cuya eliminación supone sobrecostes, así como el desequilibrio químico del agua, representado por el SAR (la relación de absorción de sodio), que, en caso de ser elevado (como en las aguas desaladas sin remineralizar) implica un potencial riesgo de impermeabilización de los suelos. En general ambos problemas se resuelven en el caso de la aplicación agrícola por medio de la mezcla de aguas de diferentes orígenes, reduciendo adicionalmente el coste global del agua producida.

Dentro de las técnicas actuales de producción agrícola, destacan los sistemas de cultivo cerrados sin suelo, que han experimentado un importante auge en todo el mundo ligado al desarrollo y abaratamiento de los plásticos, y a las ventajas de este sistema de cultivo. Actualmente, se estima que en el sur y sureste de España, el 15% de las tierras de regadío bajo invernadero se encuentran bajo sistema sin suelo. Este sistema agrícola se presenta como una buena alternativa frente al cultivo tradicional en suelo gracias a sus beneficios medioambientales, ya que evita la contaminación de suelos y acuíferos por los drenajes agrícolas; sin embargo, en los sistemas sin suelo es necesario gestionar los volúmenes de drenajes generados, los cuales presentan un elevado poder contaminante, debido especialmente a la presencia de nitratos y otros fertilizantes.

Sacyr Agua Concesiones ha participado en los últimos 3 años en el proyecto LIFE-DESEACROP (DEsalinated SEAwater for alternative and sustainable soilless crop production) para desarrollar un estudio de viabilidad del uso de agua desalada en el riego de cultivos protegidos, tanto en suelo como en cultivo hidropónico.

El proyecto europeo LIFE16 ENV/ES/000341 DESEACROP tenía como objetivo demostrar la gestión sostenible del agua de mar desalada para la producción de cultivos en sistemas cerrados sin suelo para fortalecer la resiliencia de estos sistemas como clave productiva, económica, sector social y respetuoso con el medio ambiente en la región mediterránea con estrés hídrico. Con el objetivo de minimizar el impacto medioambiental de los drenajes y aumentar la eficiencia del uso del agua, se diseñó asimismo un sistema de tratamiento de drenajes para su posterior reutilización en el riego agrícola.

El proyecto ha sido coordinado por la Universidad Politécnica de Cartagena y Sacyr Agua Concesiones ha participado como socio, junto a la universidad de Almería y la Comunidad de Usuarios Campo de Níjar. El proyecto ha sido enmarcado dentro de la convocatoria LIFE+: instrumento financiero de la Unión Europea dedicado, de forma exclusiva, al medio ambiente, cuyo objetivo general es contribuir al desarrollo sostenible y al logro de los objetivos y metas de la Estrategia Europa 2020 y de las estrategias y planes pertinentes de la Unión en materia de medio ambiente y clima.

La fase experimental se llevó a cabo en el Campo de Prácticas de la Universidad de Almería “Catedrático Eduardo Fernández” de la Fundación UAL-ANECOOP. El invernadero utilizado en la experimentación fue del tipo “Almería”, orientado E-O y con una superficie total de 1.454,2 m2. Para la experimentación, el invernadero se dividió en 18 parcelas de prueba: 9 parcelas de cultivo en suelo y 9 sin suelo. En dichas parcelas se aplicaron tres tratamientos en tres repeticiones en cultivo en suelo y tres tratamientos en tres repeticiones en cultivo sin suelo.

Para cada tipo de cultivo se utilizaron tres tipos de agua de riego diferentes:

• T1) riego de precisión con agua marina desalinizada (conductividad alrededor de 0.5 dS/cm),

• T2) riego de precisión con una mezcla sintética de agua al 50% de agua marina desalinizada y agua subterránea sintética (ECw alrededor de 1,5 dS / cm),

• T3) riego de precisión con agua subterránea sintética (ECw alrededor de 3.0 dS/cm),

En los ensayos se compararon la productividad y el rendimiento del cultivo de tomate, principal producto de la zona, utilizando las aguas de distintos orígenes y distintas mezclas. Además, se comparó el sistema de cultivo convencional en la zona (en suelo) con el cultivo hidropónico con recirculación de la solución nutritiva.

En el caso del cultivo hidropónico, Sacyr Agua diseñó un sistema de tratamiento de los drenajes para reutilizarlos de nuevo en el riego del cultivo, aprovechando al máximo el consumo de agua desalada y minimizando el vertido de los drenajes, con el efecto negativo que éstos producen en el medioambiente. Para ello se instaló una planta piloto contenerizada incluyendo membranas recicladas de Ultrafiltración (desarrolladas dentro de otro proyecto LIFE de Sacyr Agua), y un sistema de desalación por ósmosis inversa, ambos alimentados por energía fotovoltaica para reducir al máximo la huella de carbono y las emisiones de CO₂.

Los aspectos de interés agronómico evaluados en el estudio fueron:

1. Rendimiento y calidad del producto, dependiendo de la salinidad del agua del riego.

2. Eficiencia del uso del agua (con y sin reutilización de los drenajes).

3. Necesidades de fertilización de acuerdo a la composición química del agua de riego.

4. Efectos de Fitotoxicidad (B, Na, Cl) en las plantas.

Los resultados mostraron una mayor producción de tomate por superficie de invernadero (kg / ha) en los cultivos sin suelo (CSS) que en los cultivos en suelo (CS) (Figura 1), pero al mismo tiempo hicieron un uso menos eficiente del agua, usando más agua por kilo de tomate producido que en suelo, resultando en una menor productividad del agua (kg / m3). Esto fue sin embargo compensado con el tratamiento y reuso de los drenajes, lo cual ha generado un ahorro del 20% en el consumo de agua (Figura 2). Comparando los resultados obtenidos con los distintos tipos de agua, el riego con agua desalada (AD) aumento la producción de los cultivos en suelo (CS) un 14% y hasta un 46% en el caso de los CSS, comparado con el riego con agua salobre (AS). Otros resultados importantes revelaron un uso más eficiente de los fertilizantes en tratamientos con agua de baja salinidad (T1) un menor contenido en azúcar (grados Brix) relacionado con la maduración y grado de dulzura, y en ausencia de daños en el crecimiento de las plantas (Fito-toxicidad) producida por la aspersión de una mezcla de determinados compuestos.

Figura 1. Rendimiento de los cultivos

Figura 2. Consumo de agua

Además de los estudios experimentales en parcela, se realizó un estudio de transferibilidad de los resultados en el cual se estudiaron diferentes regiones dentro de la región mediterránea europea con estrés hídrico. Para ello se analizaron: datos de identificación de la zona o región, los recursos hídricos disponibles, las características agronómicas de suelo – cultivo – riego, el estado de situación del mercado agrícola, los precios y costes locales, las restricciones de los recursos hídricos, la estacionalidad / cambio climático, los datos de programas y acciones específicas de desarrollo y financiación, etc. Además del sudeste español se estudiaron datos de zonas de interés de Islas Canarias, Portugal, Italia, Malta, Grecia y Chipre (Figura 3).

Figura 3: Potenciales áreas de transferencia y replicabilidad

Se diseñaron planes de negocio hipotéticos para la explotación de una finca tipo y para la explotación de una desaladora de agua de mar para agricultura. Al final las regiones de transferencia seleccionadas fueron: el campo de Cartagena, España, la región de Puglia, Italia y la zona costera de Malta. Los planes de negocio diseñados incluyeron: especificación del servicio, plan de inversiones necesarias, plan comercial y previsiones de ventas, aspectos económicos, cuenta de resultados y retornos.

La opinión generalizada, y la de los propios agricultores que usan el agua desalada, es que el agua desalada es cara. En realidad, es evidente que solo ciertos productos pueden permitirse el uso de agua desalada como única fuente de suministro (por el precio del producto y por el porcentaje que representa el agua en sus costes de producción) y hay algunos productos para los que resultaría totalmente inviable. Sin embargo, numerosas experiencias y casos de éxito muestran la bondad del uso del agua desalada para agricultura, no solo dando garantía de suministro de agua sino también, como se ha demostrado, incrementando la productividad y la calidad de los productos.