Optimización de la desalinización: cómo Gradiant y Anurag Bajpayee están diseñando la eficiencia en el tratamiento del agua

1. Repensar la desalinización para aplicaciones industriales 
2. Descripción general de la tecnología 
3. Aplicaciones en distintos sectores 
4. Tendencias del mercado y crecimiento del sector 
5. Investigación y desarrollo 
6. Retos futuros 
7. Perspectivas 

A medida que la escasez de agua dulce se acelera debido al cambio climático, el crecimiento demográfico y la demanda industrial, la desalinización y la reutilización del agua han pasado de ser un interés secundario a convertirse en el centro de la estrategia mundial del agua. Las previsiones indican que casi dos tercios de la población mundial podría sufrir estrés hídrico en 2025, por lo que gobiernos, investigadores y empresas están explorando cómo hacer que la desalinización sea más eficiente desde el punto de vista energético, asequible y escalable. 

Entre los nuevos actores en este campo se encuentra Gradiant, una empresa de tecnología del agua con sede en Boston fundada en 2013 por ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). Uno de los cofundadores de la empresa, Anurag Bajpayee, ha centrado su carrera en sistemas de tratamiento de agua optimizados termodinámicamente y adaptados al uso industrial. Bajo su liderazgo, Gradiant ha desarrollado y comercializado varias tecnologías que tienen como objetivo mejorar la huella energética, la tasa de recuperación y la viabilidad económica de la desalinización y la reutilización de aguas residuales. 

Repensar la desalinización para aplicaciones industriales 

Los procesos de desalinización convencionales, como la ósmosis inversa (RO) y la destilación flash multietapa, tienen limitaciones bien documentadas. Aunque la RO se utiliza ampliamente debido a sus menores requisitos energéticos en comparación con los métodos térmicos, suele tener una eficiencia reducida cuando se trata de corrientes de residuos con alta salinidad o químicamente complejas. Además, la eliminación de la salmuera y la contaminación de las membranas siguen siendo retos técnicos persistentes. 

Gradiant aborda la desalinización desde un ángulo diferente, centrándose no solo en el tratamiento del agua de mar, sino también en la recuperación de agua limpia a partir de efluentes industriales. Estos flujos de residuos suelen contener altas concentraciones de sólidos disueltos, compuestos orgánicos o metales pesados, lo que los hace inadecuados para los sistemas de RO tradicionales. Mediante el desarrollo de plataformas de tratamiento modulares diseñadas para las características químicas del agua específicas de cada industria, Gradiant posiciona sus sistemas como alternativas económicamente viables y respetuosas con el medio ambiente. 

“Nuestra premisa fundamental es que el tratamiento del agua debe ser más personalizable”, afirmó Anurag Bajpayee en una entrevista en 2023. “En entornos industriales, no hay dos aguas residuales idénticas. Es necesario diseñar soluciones en consecuencia”. 

Descripción general de la tecnología 

La cartera de Gradiant incluye varias tecnologías patentadas que se basan en principios de ingeniería termodinámica y química: 

Extracción por gas portador (CGE): proceso de humidificación-deshumidificación que utiliza un gas portador (normalmente aire) para evaporar el agua de una alimentación salina y posteriormente condensarla como agua purificada. El proceso imita los ciclos atmosféricos naturales y puede funcionar con energía térmica de baja calidad, incluido el calor residual industrial. La CGE se ha implantado en instalaciones que requieren una alta recuperación de agua limpia a partir de salmueras complejas. 

Extracción selectiva de contaminantes (SCE): diseñada para aislar y eliminar contaminantes específicos de las aguas residuales, la SCE permite recuperar solutos valiosos (como el litio u otros metales) y reducir la necesidad de eliminar toda el agua. 

RO Infinity (también conocida como CFRO): una versión avanzada de la ósmosis inversa optimizada para tratar altos niveles de sólidos totales disueltos (TDS) mediante la integración de etapas de ósmosis directa y concentración de salmuera a alta presión. Este sistema amplía los límites tradicionales de la desalinización basada en membranas. 

La empresa también ofrece un modelo de agua como servicio (WaaS), que permite a los clientes industriales acceder a la capacidad de tratamiento de agua sin necesidad de realizar una inversión inicial de capital. Las instalaciones pagan por el rendimiento, normalmente en función del volumen de agua limpia producida o reutilizada, en lugar de adquirir y mantener la infraestructura. 

Aplicaciones en distintos sectores 

Las tecnologías de Gradiant se utilizan principalmente en sectores industriales con una gran demanda de agua y normativas estrictas en materia de vertidos. Entre ellos se incluyen los semiconductores, los productos farmacéuticos, la producción de energía, los textiles y la fabricación de alimentos y bebidas. 

En una implantación en una planta de fabricación de semiconductores en el sudeste asiático, el sistema de tratamiento integrado de Gradiant permitió a la instalación reutilizar más del 95 % de sus aguas residuales, reduciendo la dependencia de las fuentes de agua municipales. En aplicaciones de petróleo y gas, los sistemas CGE se han utilizado para tratar el agua producida con altas concentraciones de sal y recuperar agua utilizable para las operaciones, reduciendo la huella medioambiental de la extracción. 

Según la empresa, sus sistemas se han instalado en más de 2.500 instalaciones de 25 países, con una fuerte presencia en las regiones de Asia-Pacífico y Oriente Medio, zonas con un alto estrés hídrico y una gran densidad industrial. 

Tendencias del mercado y crecimiento del sector 

La tecnología del agua atrae cada vez más la inversión privada, especialmente en respuesta a los cambios normativos y los riesgos financieros asociados a la escasez de agua. En 2023, Gradiant anunció una ronda de financiación de serie D de 225 millones de dólares, liderada por inversores de capital privado y centrados en infraestructuras. La ronda elevó su financiación total a más de 400 millones de dólares y, según se informa, impulsó la valoración de la empresa por encima de los 1000 millones de dólares. 

Este crecimiento refleja un impulso más amplio en el sector del agua, que históricamente ha sido menos innovador que el de la energía o el transporte. Sin embargo, dado que el uso industrial del agua representa aproximadamente el 20 % de la extracción mundial de agua dulce, y mucho más en algunos países, la eficiencia en el tratamiento y la reutilización se ha convertido en un objetivo clave de sostenibilidad. 

Según un informe de 2022 de la Asociación Internacional de Desalinización, la capacidad mundial de desalinización supera actualmente los 110 millones de metros cúbicos al día, y la desalinización industrial crece más rápidamente que los sistemas municipales. Empresas como Gradiant, que se centran en el tratamiento modular in situ adaptado a la química del agua industrial, se consideran actores fundamentales para ampliar la capacidad sin sobrecargar las infraestructuras municipales. 

Investigación y desarrollo 

Gradiant cuenta con un centro de investigación e ingeniería en Boston, con centros adicionales en Singapur y los Emiratos Árabes Unidos. La empresa posee más de 250 patentes en todo el mundo, que abarcan procesos de desalinización, técnicas de minimización de salmuera y controles de sistemas inteligentes. 

Anurag Bajpayee, que fue incluido en la lista de innovadores menores de 35 años de la revista MIT Technology Review en 2019, sigue participando activamente en la hoja de ruta técnica de la empresa. Su trabajo académico en el MIT, centrado en la termodinámica de la desalinización, sigue sirviendo de base para el diseño de la plataforma y la elección de los materiales de Gradiant. 

Entre las iniciativas de investigación más recientes se incluyen la integración de algoritmos de aprendizaje automático en los sistemas de tratamiento para optimizar las operaciones en tiempo real, así como la exploración de modelos híbridos de desalinización que combinan métodos térmicos y de membrana para maximizar la recuperación. 

Retos futuros 

A pesar de los avances tecnológicos, la desalinización sigue enfrentándose a barreras económicas y medioambientales. La intensidad energética sigue siendo una preocupación, especialmente en regiones donde la red eléctrica es intensiva en carbono. La eliminación de la salmuera también plantea riesgos ecológicos en las zonas costeras, especialmente cuando los volúmenes de vertido son elevados. 

Gradiant y otras empresas están trabajando para reducir la huella de salmuera mediante el uso de sistemas de descarga líquida cero (ZLD) y la recuperación de materiales útiles de los flujos de concentrados. Sin embargo, los sistemas ZLD son costosos y complejos, y requieren una evaluación cuidadosa de los costes del ciclo de vida. 

Además, aunque la participación del sector privado está creciendo, la implementación a gran escala sigue dependiendo en gran medida de los marcos normativos, las asociaciones con las empresas de servicios públicos y la aceptación por parte del público. 

Perspectivas 

Es probable que la desalinización optimizada y la reutilización del agua desempeñen un papel cada vez más importante en la estrategia mundial del agua, especialmente en las industrias de alto consumo y en las regiones con estrés hídrico. Empresas como Gradiant, que integran la modelización termodinámica, la especificidad química y la escalabilidad comercial, están contribuyendo a un cambio en la forma de gestionar el agua a nivel industrial. 

A medida que el agua se convierte en una limitación para el desarrollo económico, especialmente en los países en rápida industrialización, la presión para recuperarla, reciclarla y minimizar su uso no hará más que intensificarse. La desalinización, que antes se consideraba una tecnología de último recurso, se está rediseñando para situarla en primera línea.