Por Rodolfo Peon-Anaya (1) y Christopher B. Yazzie (2)
1. Doctorando, Ciencias de los Recursos de Zonas Áridas GIDP, Universidad de Arizona
2. Estudiante de maestría, Ingeniería Química y Ambiental, Universidad de Arizona
Una visita a la Nación Navajo en el árido sudoeste de los Estados Unidos es como un viajar en el tiempo. Un viaje a un lugar donde el estilo de vida tradicional y paisajes prístinos se combinan con el uso de tecnología moderna. En estas tierras sagradas para los Diné, “la gente”, el ganado pasta libremente en interminables praderas, sin cercos, rodeados por coloridos cañones que se pierden en la distancia. De pronto estas vistas que roban el aliento a cualquiera, son interrumpidas por un pozo solitario alimentado por energía solar, que espera pacientemente a manadas de ganado vacuno, equino y ovino para venir a calmar su implacable sed.
Estos pozos también son visitados por los habitantes locales para llevar agua a sus casas; comúnmente usando un contenedor de 250 galones en la batea de sus pick ups. Alguno de ellos lo hacen dos veces, o hasta tres veces, por semana; algunos de ellos vienen de kilómetros de distancia. Esta práctica conocida como “acarreo de agua” ha estado presente en la Nación Navajo por generaciones. La Nación Navajo es la nación indígena más grande de los Estados Unidos. Cerca de 200,000 personas viven en un territorio de aproximadamente 71,000 kilómetros cuadrados; que ocupan parte de los estados de Arizona, Nuevo México y Utah. La baja densidad poblacional en este vasto territorio ha hecho económicamente inviable la provisión de servicios usando infraestructura convencional. De esta manera aproximadamente el 21% y 27% de los hogares en la Nación Navajo aún no cuenta con electricidad y agua potable respectivamente.
Para la gente que depende del acarreo de agua, un tanque de almacenamiento de 250 galones llenado una vez por semana, solo provee a cada miembro de la familia con menos de dos cubetas de agua. Sorprendentemente, la gran mayoría del agua acarreada es dada al ganado para beber. Por otro lado, la agricultura, una actividad esencial para la soberanía alimentaria de los Diné, es prácticamente imposible usando agua acarreada. De esta manera en este desierto de gran elevación que recibe menos de 300 mm de lluvia al año, la agricultura de temporal ha sido la única alternativa. No obstante, esta práctica ha ido gradualmente desapareciendo como consecuencia de periodos de sequía más largos y variabilidad climática.
Sumado a esto, de los años 1940s a los 1960s, una intensa actividad minera se llevó a cabo en la Nación Navajo para la extracción de uranio, el cual sería utilizado posteriormente para la fabricación de armas nucleares durante la guerra fría. Hoy en día hay más de 500 minas abandonadas en la Nación Navajo. Elementos radiactivos como el radón y el uranio dejados expuestos a la intemperie han causado la contaminación de acuíferos cercanos y aún representan un alto riesgo a la salud por medio de las vías respiratorias; inclusive a kilómetros de distancia. Desde los años 1970’s hasta el día de hoy, los habitantes de la Nación Navajo se han opuesto a la extracción de uranio dentro y cerca de los límites de su territorio. Sin embargo, cerca del Gran Cañón y la tribu Havasupai, la mina “Canyon Mine” se está preparando para extraer uranio de nuevo. Esto pondría en riesgo sitios sagrados como “Red Butte Mountain” y la salud de más de 40 millones de personas que viven a lo largo del cauce del Rio Colorado. A pesar de estos constantes retos, la belleza y el valor espiritual que tienen estas tierras, combinado con el deseo de los Navajo de preservar su rica herencia cultural, los convencen constantemente a quedarse y buscar alternativas.
Afortunadamente, un enorme acuífero salino se localiza debajo de la Nación Navajo cuyo tratamiento mediante plantas desaladoras pudiera proveer de agua potable a todos sus habitantes. Además, esta zona es rica en recurso solar, por lo que esta fuente de energía pudiera usarse para la limpia y prácticamente gratuita operación de las plantas de tratamiento de agua. Un grupo de investigadores del Departamento de Ingeniería Química y Ambiental de la Universidad de Arizona ha sido pionera en la implementación de plantas desaladoras alimentadas por energía solar en la Nación Navajo desde el 2010. Para el primer sitio de pruebas se usó el pozo 5T-529, localizado en la esquina sudoeste de la Nación Navajo. Esta ubicación está a 18 kilómetros al noroeste de Leupp, Arizona, al norte del Pequeño Rio Colorado y el Pico de San Francisco (una montaña sagrada para 13 tribus diferentes), y al sureste del Gran Cañón. La colaboración con el U.S. Bureau of Reclamation, la STAR Chapter School y compañías como Apex Applied Technologies han sido clave para el trabajo de investigación en curso y el despliegue de más unidades de prueba.
Como estudiantes de posgrado en la Universidad de Arizona y voluntarios activos en estos proyectos, tuvimos el privilegio de ver las plantas desaladoras en acción en lugares muy remotos, donde el acceso a abundante agua potable era anteriormente inimaginable. El trabajo como voluntarios que hemos llevado a cabo ya por más de dos años ha involucrado desde el apoyo técnico en el diseño, hasta la construcción y prueba de múltiples tipos de plantas desaladoras. Estas actividades fueron muy didácticas, pero a su vez nos enfrentaron a varios retos técnicos, los cuales estamos trabajando actualmente cada uno en nuestros proyectos de tesis.
De las tecnologías probadas en sitio hasta ahora, la desalación mediante procesos térmicos ha ofrecido agua purificada de calidad superior y prácticamente cero residuos. No obstante, este tipo de tecnología requiere de una cantidad enorme de energía por volumen de agua tratada, lo que representaría un costo muy elevado para su implementación a gran escala. En contraste, la desalación usando membranas, como la nano filtración (un proceso muy parecido a la Osmosis Inversa) demostró ser la más efectiva en términos de simplicidad, alto volumen de agua tratada por día y un consumo de energía 100 veces menor que la desalación térmica. La operación a presiones relativamente bajas (~ 80 PSI) en sistemas de membrana, reduce el consumo de energía y alarga la vida de las membranas. Sin embargo, esto se traduce en grandes volúmenes de desperdicios (agua más salada aún, que la que entró al sistema). De ahí la incógnita que ambos estamos intentando resolver desde nuestros campos de estudio: ¿que hacemos con los residuos salinos de plantas desaladoras?
En la práctica, los desechos salinos de plantas desaladoras son devueltos a la fuente original o vertidos en lagunas artificiales para su evaporación. Estos residuos salinos pudieran usarse también para producir cultivos resistentes a la sal. No obstante, en la presencia de metales pesados, ambas alternativas representarían un riesgo para la salud. Afortunadamente, el agua puede ser pre-tratada antes de pasar por las unidades de nano filtración usando técnicas como la electro-diálisis o la electro-absorción. De esta manera, los iones disueltos de uranio y otros metales pesados pueden ser removidos antes de pasar por las unidades de desalación.
En el proceso de electro-absorción, los metales pesados son atraídos por electrodos, los cuales pueden ser lavados y reusados. Estas unidades solo ocupan electricidad, que puede obtenerse fácilmente mediante energía solar fotovoltaica. Por otro lado, si el volumen de agua de desecho producido por estas unidades de pre-tratamiento es muy pequeño, este puede ser evaporado usando energía solar concentrada; quedando solo las sales en modo sólido, las cuales pueden ser fácilmente colectadas y enviadas a un relleno sanitario. Una vez que los desechos salinos están libres de elementos peligrosos, este gran volumen de agua de desecho de plantas desaladoras puede usarse para producir cultivos hidropónicos. Esto facilitaría no solo la seguridad hídrica en la Nación Navajo, sino que a su vez la seguridad alimentaria para los usuarios de estos sistemas, ya que se pudiera sembrar todo el año y en teoría por siempre.
Tal como lo hizo el primer proyecto de desalación por nano filtración solar, el proceso de tratamiento electo- químico, está yendo más allá de la frontera de lo posible en cuanto a tratamiento de agua en comunidades rurales. De esta manera, Christopher Yazzie está trabajando en métodos para remover el uranio del agua con baja producción de desechos, mientras que Rodolfo Peón está trabajando en el desarrollo de un nuevo concepto de energía fotovoltaica de concentración que provea de electricidad y calor para alimentar plantas desaladoras, que generen cero desperdicios.
Queremos agradecer sinceramente a Dr. Bob Arnold, Dr. Vicky Karanikola, Ardeth Barhart, Bob Seaman, Dr. Roger Angel, Dr. Mark Sorensen, North Leupp Family Farms, Apex Applied Technologies y a la Nacion Navajo por permitirnos ser parte de esta aventura y gran experiencia de aprendizaje.
