Estados Unidos –a nivel mundial- se ubica en el segundo lugar detrás de China en consumo de energía primaria en todas sus fuentes. Es por ello que esa nación ha intensificado en la última década la búsqueda de otras fuentes energéticas que permitan reducir la dependencia de los combustibles fósiles. Uno de sus focos está en el gas natural y, particularmente en esta área, en el gas pizarra o shale gas.
De acuerdo con las proyecciones del gobierno estadounidense, para el año 2035, el 46% del suministro de gas natural provendrá del shale gas, más del doble de lo aportado en 2010 (20%) y dejando muy atrás el 1% de participación en el mercado del gas natural que constituía en el año 2000.
Pese a constituir una alternativa, la obtención del shale gas cuenta con detractores, debido –entre otros elementos- al alto consumo de agua que conlleva la técnica de extracción conocida como fracking, que consiste en perforar o fracturar con energía hidráulica –consumiendo grandes cantidades de agua- los mantos de roca hasta llegar a los depósitos de gas.
Siendo el agua un recurso que ya está en la mira de las políticas ambientales, que prevén su futura escasez, y el gas natural una fuente necesaria de recursos energéticos, ¿cómo equilibrar la balanza? La respuesta viene de la mano de una rama de la ingeniería que en Estados Unidos ya da pruebas de sus ventajosas aplicaciones: se trata de la ingeniería sistémica de procesos, que utiliza herramientas de la ingeniería de procesos y la optimización para mejorar el diseño de procesos industriales con una mirada integral.
Optimizando y cuidando el agua
En una charla impartida a estudiantes, académicos e investigadores del Centro de Biotecnología y Bioingeniería (CeBiB) y del Departamento de Ingeniería Química y Biotecnología (DIQBT), ambos de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile, el doctor Ignacio Grossmann, director del Center for Advanced Process Decision-Making de la Universidad Carnegie Mellon, de Estados Unidos, compartió con académicos y estudiantes experiencias concretas de configuración de redes de reciclo de agua, redes de transferencia de calor, posición de plantas industriales para minimizar impactos ambientales, entre otras aplicaciones.
El investigador, quien lidera –además- su propio grupo de trabajo en Carnegie Mellon, es reconocido como una de las eminencias a nivel mundial en estas materias y explica las diferencias entre los enfoques tradicionales y la ingeniería sistémica de procesos. El enfoque centralizado implica –por ejemplo- el uso de agua fresca en varias unidades de procesamiento para extraer contaminantes los que luego deben ser eliminados en unidades de tratamiento. La ingeniería sistémica de procesos diseña, en este caso, una red que permite reutilizar y reciclar el agua reduciendo el uso del vital elemento.
“En nuestra experiencia, en un pozo de shale gas se logró la reducción de consumo de agua fresca de 300 toneladas por hora a 40 toneladas por hora”, indica el doctor Grossmann. Lo mismo sucede al proyectar, por ejemplo, una planta de bioetanol, que puede llegar a consumir en un inicio hasta 11 galones de agua por galón de bioetanol producido: “La ingeniería sistémica de procesos es capaz de reducir ese consumo a 1,5 galón de agua por galón de bioetanol producido”, señala el investigador.
“Hay muchas áreas en las que se está aplicando y una de ellas es minería. Otro campo es el de producción de biocombustibles, muy prometedor, ya que a veces una planta se comporta más como un laboratorio que como una industria desde la perspectiva ingenieril. Un área en la que también puede ser aplicada la ingeniería sistémica de procesos es en energía solar, donde aún tenemos un obstáculo en el costo de las celdas solares y es un problema que pudiese ser abordado desde esta disciplina”, señala el profesor Grossmann.
Otro campo donde no se ha aplicado a conciencia la ingeniería sistémica de procesos y que recién está comenzando a abordar en Estados Unidos la producción desde este enfoque, indicó el académico, es en la industria farmacéutica: “Es un interesante desafío el analizar si es posible convertir los procesos por batch (batch production) propios en esta industria en procesos de tipo continuo, optimizando toda la cadena productiva”, afirma el experto.
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Los deafíos en Chile
Nuestro país aún se caracteriza por una economía eminentemente dependiente de materias primas. Uno de los grandes desafíos es agregar valora la producción, de manera de aumentar los ingresos sin –necesariamente- aumentar el consumo de dichas materias primas. Ahora bien, otro enfoque sería optimizar procesos en aquellas áreas productivas que se basan totalmente en la exportación, por ejemplo, de cobre. Es en este campo, precisamente, donde la ingeniería sistémica de procesos ha comenzado a cobrar relevancia con los trabajos del investigador y académico de la Universidad de Antofagasta, Luis Cisternas.
El profesor Cisternas abordó el siguiente problema: la producción de agua desalada para uso industrial y domiciliario genera un subproducto conocido como “agua de descarte”, cuyos niveles de salinidad pueden llegar al doble del que presenta en el mar. Hasta ahora era devuelta al mar, con los consiguientes riesgos ambientales e impacto en los ecosistemas costeros, consigna CICITEM en su página web, consorcio de investigación creado por la U. de Antofagasta, U. Católica del Norte, el Gobierno Regional de Antofagasta y CONICYT. La investigación realizada por Cisternas comprobó que es posible aportar a un uso sustentable de agua, considerando la escasez de recursos hídricos para el desarrollo industrial, usando el agua de descarte para lixiviar el caliche. En tanto, en el Departamento de Ingeniería Química y Biotecnología (DIQBT), el área de Ingeniería Sistémica de Procesos y Sustentabilidad -liderada por Felipe Díaz Alvarado– está abordando problemas de simbiosis industrial.
La experiencia danesa en esta materia, originaria del parque industrial de Kalundborg, comenzó con la inclusión de criterios económicos, ambientales y sociales en un grupo multidisciplinario. Hoy, el trabajo en el DIQBT busca cuantificar tales efectos para mejorar la configuración de parques industriales en Chile y el mundo, utilizando herramientas de la optimización, la ingeniería de procesos y la evaluación multicriterio. La meta es incluir indicadores sociales, ambientales y económicos en una única evaluación, que permita decidir la conexión y posición de nuevos participantes de un parque, mediante la solución de un problema de optimización.
Estas son sólo algunas de las áreas en la que está siendo aplicada la ingeniería sistémica de procesos. Pero, junto con ello, es necesario formar a los futuros profesionales en esta disciplina: “Se espera que nuestros egresados sean sólidos y con criterio a la hora de tomar decisiones y las herramientas de optimización nos ayudan justamente a ello. Nuestro pensamiento no puede abordar completa y rápidamente los impactos ambientales, sociales y económicos de corto, mediano y largo plazo. El uso de este tipo de herramientas reporta una ventaja para los ingenieros del futuro: lidiar con la complejidad de una manera explícita”, concluye Felipe Díaz, profesor asistente del DIQBT.