Desalación de agua de mar como alternativa para disminuir la brecha hídrica en Chile. Industria minera

AUTOR: Ignacio Hernán Monardes Santander / Estudiante de la Universidad Técnica Féderico Santa María – Chile. Representante del Comité de Jóvenes Líderes de ALADYR. Profesor Guía: Patricio Antonio Mártiz Vega /Gerente de desarrollo ITECK

Resumen La población de los países aumenta año a año y constantemente se busca mejorar la calidad de vida de sus habitantes, además, cualquier proceso de desarrollo requiere incrementar la disponibilidad de agua para alimentar los procesos productivos. Estas son algunas de las principales razones de por qué la brecha hídrica es creciente en el tiempo. En los últimos años Chile ha logrado un crecimiento económico importante teniendo una clara tendencia a la exportación de productos donde sus procesos requieren de grandes fuentes de agua, especialmente en la minería. También, se han generado demandas cada vez mayores sobre los recursos hídricos por parte de los diferentes tipos de usuarios. Aunado a ello, los nuevos proyectos o extensiones de operaciones de los proyectos actuales requieren ingresar al Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental (SEIA), donde en la práctica se ha ido restringiendo cada vez más la extracción de caudales de fuentes continentales en el país debido al exceso en la entrega de Derechos de Abastecimiento de Agua (DDA) y la sobreexplotación de los acuíferos, es por esto que es necesario buscar nuevas alternativas que sean sostenibles. Debido a que los avances tecnológicos han permitido aumentar la eficiencia de la desalación considerablemente en los últimos años, en muchas partes del mundo se han desarrollado proyectos de construcción de plantas con esta tecnología, haciendo que los costos de producir agua desde el mar sean cada vez más abordables por las comunidades y la industria. Palabras claves: brecha hídrica, desalación, sustentabilidad, desarrollo.

Evaluación del impacto económico del uso de desalación Se analiza el impacto del costo total del agua desalada (CAPEX y OPEX), para la industria minera donde se comparan los costos de producción de agua desalada respecto de los precios de venta del cobre. Costos de inversión y operación para el estudio Los costos de producción del agua desalada, tanto en la componente inversión como de explotación, se estiman en base a la experiencia que tiene la empresa ITECK evaluando y desarrollando proyectos de desalinización, principalmente cubicando las grandes partidas y usando curvas de costos en base al tamaño de la planta. Por

Figura 1. Extracción de agua en minería del cobre según fuente de extracción Regiones XV, I, II, III, IV y V. Fuente: Elaboración propia a partir de la información del Anuario de estadísticas del cobre y otros minerales 2000-2019 (Cochilco, 2019)

otra parte, los costos de transporte del agua desalada se estiman en base a la modelación del caudal transportado, también usando curvas de costos desarrolladas por ITECK.

Tendencias del uso del agua en la minería del cobre Se puede observar en la Figura 1 que, de las regiones en estudio, la extracción de agua en la minería del cobre se ha realizado en mayor medida desde aguas subterráneas; sin embargo, el uso de agua de mar desalada para abastecer las demandas de la extracción de cobre ha aumentado constantemente en el transcurso de los años, junto con la extracción total de agua para uso minero. Esto se explica por la necesidad de crecimiento en la producción de cobre del país, que requiere mayor demanda de agua y los recursos naturales convencionales son limitados. Es decir, que para cualquier aumento en la producción de cobre en el futuro se va a requerir el uso de agua desalada. Por otro lado, en el caso de la industria minera, básicamente, se pueden obtener dos tipos de productos del proceso de extracción del cobre: óxidos de cobre (hidrometalurgia) o sulfuros de cobre (concentradora), donde si bien el proceso de extracción del mineral es muy similar en ambos casos, la gran diferencia se presenta en el proceso de concentración y obtención final del metal refinado, lo que incide en la cantidad de agua requerida para llevar a cabo cada proceso. El proceso que considera sulfuros de cobre requiere un uso más intensivo del agua por unidad de cobre producido, en comparación con el otro proceso. En la figura siguiente, se puede observar que en la producción de cobre predominan los sulfuros y, además, tiene una clara tendencia al crecimiento. Por otro lado, los óxidos son cada vez son más escasos.

El make up es un indicador que muestra la eficiencia del proceso en materia de recursos hídricos. Considera el total de agua que entra al proceso, independiente del origen, excluyendo las aguas recirculadas, para procesar una tonelada de mineral. El make up promedio para el proceso de concentración es de 0,52 [m3/ton] y para el proceso de hidrometalurgia es de 0,136 [m3/ton] (Cochilco, 2020). Por lo tanto, para los sulfuros el make up es casi cuatro veces mayor que para los óxidos. Modelamiento de un suministro hacia una minera e impacto en la operación Se determinan los costos de inversión y operación de una planta desaladora “tipo” de 1.000 [l/s] con 5 módulos de ósmosis inversa de 200 [l/s]. También se determinan los costos de la impulsión hasta un yacimiento minero “ficticio”, el cual se encuentra a una distancia de 140 [km] y a 1.750 [msnm], considerando una tasa de descuento de 10%, una vida útil de 25 años y un precio de energía monómico de 80 [USD/MWh].

Figura 2. Producción de cobre según tipo de producto. Fuente: Elaboración propia a partir de la información del Anuario de estadísticas del cobre 2000-2019 (Cochilco, 2019)

Tabla 1. Costos asociados a una planta desaladora de 1.000 [l/s] para la industria minera. Fuente: modelo de la empresa ITECK

Figura 3. Costos de producción por libra de cobre en función de la producción total por minera del país. Fuente: Elaboración propia a partir de la información publicada por COCHILCO (Cantallopts, 2017)

Por lo tanto, el costo de construir una planta desaladora de 1.000 [l/s] e impulsar el agua producida hasta la minera modelada es de 3,52 [USD/m3]. El costo de impulsión es más relevante que el de desalar agua y será mayor aún si la faena minera se encuentra más alejada de la costa y a una mayor altura con respecto al mar.

Impacto en la industria del cobre Hay diversas maneras de clasificar los costos, tal como: costos de producción, costos de distribución y costos de administración. Los costos de producción son todos aquellos relacionados en la elaboración del producto, ya sea de manera directa o indirecta, los costos de distribución y administración son aquellos necesarios para lograr la venta del producto. En la industria del cobre es reconocida la terminología de clasificación de costos a través de los conceptos C1, C2 y C3, en especial para realizar comparaciones de la posición competitiva de las distintas faenas. El cash cost o C1 agrupa los costos incurridos a través de todo el proceso minero hasta su comercialización, y su objetivo es determinar la curva de oferta de corto plazo del cobre, siendo un indicador del costo marginal de las empresas. El costo C2 corresponde al mismo costo C1, pero agregando costos de depreciación y amortización. Por último, el costo C3 incluye costos indirectos y gastos financieros (Rojas Seguel et al., 2015). Para efectos de análisis, se va a considerar el costo C1 debido a que muestra la competitividad en el corto plazo de la industria minera chilena y, además, por ser un indicador ampliamente utilizado. El costo C1 de cada minera depende principalmente de la ley del mineral1 y del tipo de proceso de extracción, que determina que tan rentable puede ser la producción de cobre de la minera. Según un estudio realizado por COCHILCO, la ley promedio de cobre en mineral tratado fue de 0,68% en el año 2019 (Cochilco, 2019). Se determina el cash cost asociado a la producción de cobre de las mineras que hay en Chile, mediante un documento publicado por COCHILCO, donde se entregan los distintos costos de producción de cobre por minera. Cabe mencionar que el cash cost determinado en la Tabla 6, se mide mediante un análisis de datos desde el tercer trimestre del 2016 hasta el segundo trimestre del 2017. En la Figura 3 se puede observar que las empresas

1 Porcentaje de cobre que encierra una determinada muestra. Por ejemplo, una ley del 1% significa que cada 100 kilogramos de roca hay 1 kilogramo de cobre puro.

mineras que tienen los mayores costos son las de menor producción. De la Tabla 2 se puede observar que el costo C1 de una minera a otra varía considerablemente, donde hay empresas

mineras como Collahuasi que le cuesta 99 centavos de dólar producir una libra de cobre y otras como Quebrada Blanca que le cuesta 2,61 dólares, es decir, a Quebrada Blanca le cuesta 2,6 veces más que a Collahuasi producir cobre. Además, la minera con mayor producción en el país es Minera Escondida, con una producción acumulada de 193 [ktmf] de cobre, por otro lado, la minera de menor producción es Quebrada Blanca con una producción acumulada de 8 [ktmf]. Al calcular el promedio ponderado de todas las mineras en Chile se obtiene un cash cost de 1,381 [USD/lb]. Con el modelo antes descrito, el costo de producir e impulsar 1.000 [l/s] de agua desalada a una minera tipo es de 3,52 [USD/m3]. Además, se asume el make up promedio de 0,52 [m3/ton] considerando que la minera produce cobre por concentración, y usando una ley promedio de 0,68%, se determina que el costo del agua desalada representa 0,122 dólares por libra de cobre producido. Para hacer un análisis del impacto que genera el costo adicional de utilizar agua desalada respecto del costo C1, se dividen las mineras de la Tabla 6 en cuartiles respecto del costo de producción, ordenando la serie de menor a mayor costo. En cada cuartil se calcula el promedio ponderado del costo C1 de cada minera. Luego se determina el margen operacional de las empresas mineras por cuartiles, según la siguiente ecuación:

Tabla 2: Costos de producción de cobre por minera (tercer trimestre del 2016 al segundo trimestre del 2017). Fuente: Elaboración propia a partir de la información publicada por COCHILCO (Cantallopts, 2017)

Margen operacional=precio de venta del cobre-C1 (1) Para los cálculos, el precio de venta del cobre se considera como el promedio desde el año 2016 hasta el año 2020. Con esto el precio de venta utilizado es 2,697 [USD/lb].

Finalmente, se determina el impacto del uso de agua desalada en el proceso minero, como el porcentaje del margen operacional que debe destinarse a pagar el agua desalada, según la siguiente ecuación:

Impacto=Costo desalación e impulsión/Margen operacional (2)

En la Tabla 3 siguiente se muestran los resultados obtenidos, donde se puede observar que el impacto en los costos de producción es menor al 12% del margen operacional para el primer cuartil, segundo cuartil, tercer cuartil y el promedio ponderado total. Por otro lado, el cuarto cuartil tiene un impacto en el margen operacional de 21% que, a pesar de ser casi el doble del impacto del tercer cuartil, sigue teniendo un impacto potencialmente abordable en la industria minera. De este resultado, también se desprende que el incremento de costo por el uso de agua desalada no es marginal ni menor, que las empresas mineras sí requieren hacer esfuerzos para su uso, ya que el impacto puede llegar a casi 21% del margen operacional para empresas de bajo rendimiento.

Cabe mencionar que el margen operacional determinado está asociado, solamente, a los costos de producción y existen otros costos que no se están considerando (C2 y C3), por lo tanto, el margen mencionado no corresponde a la utilidad real. Análisis Desde el aspecto económico, es necesario revisar caso a caso la rentabilidad de la instalación de una planta desaladora ya que requiere de una gran inversión inicial y costos de operación permanente, en especial de uso de energía. En el caso de las mineras, un aspecto crítico, además de la producción del agua, es la distancia y diferencia de altura desde el lugar donde se pretende construir la planta hasta el yacimiento minero. Así, con yacimientos de baja producción y gran altura geográfica, como Quebrada Blanca o algunas minas de oro en la Región de Atacama, el impacto del uso de agua desalada se ve incrementado notablemente por la conducción. Por otra parte, el impacto real en los costos dependerá también de su estructura de producción y caracterización del mineral, como por ejemplo la ley, el tipo de mineralogía, si el agua desalada reemplaza actuales fuentes de suministro (continentales) o permitirá ampliar la producción, etc.

Figura 4. Precio de venta de una libra de cobre, desde el año 2016 hasta el año 2020. Fuente: Anuario de estadísticas del cobre (Cochilco, 2019). Tabla 3. Impacto en los costos asociados a la instalación de una planta desaladora de 1.000 [l/s] en la industria minera por cuartiles.

Conclusiones

Se confirma que hay margen para que la desalación de agua de mar sea una alternativa viable para disminuir la brecha hídrica en el país. La industria más viable es la minería.

La desalación de agua de mar por osmosis inversa posee un alto grado de madurez, lo que hace que la tecnología sea más confiable y permite disminuir la dependencia de las fuentes continentales, en especial para proyectos futuros, por lo tanto, es la principal alternativa para abastecer las demandas hídricas en la zona centro-norte de Chile.

Finalmente, aprovechar la economía de escala de las plantas desaladoras permite generar modelos de inversión escalable con las necesidades, además de integrar a consumidores menores dentro de planta de grandes consumidores.

Catastro de proyectos de desalación en Chile

Catastro de plantas desaladoras en la Región de Arica y Parinacota, Región de Tarapacá y Región de Antofagasta.

Referencias Arellano, N. (2003). LA PLANTA SOLAR DE DESALACIÓN DE AGUA DE LAS SALINAS ( 1872 ). LITERATURA Y MEMORIA DE UNA EXPERIENCIA PIONERA. 1872, 229–251. https://upcommons.upc.edu/ handle/2099/11722?locale-attribute=es Aznar-Sánchez, J. A., Belmonte-Ureña, L. J., & Valera, D. L. (2017). Perceptions and acceptance of desalinated seawater for irrigation: A case study in the Níjar district (southeast Spain). Water (Switzerland), 9(6). https://doi. org/10.3390/w9060408 Cantallopts, J. (2017). Chilean copper mining costs. Chilean Copper Commission. https://www.cochilco.cl/ Presentaciones Ingls/Chilean Copper Mining Costs.pdf Cifuentes, L., & Meza, F. (2008). Cambio climático: consecuencias y desafíos para Chile. https:// politicaspublicas.uc.cl/wp-content/uploads/2015/02/ cambio-climatico-consecuentas-y-desafios-paras-chile.pdf CNID. (2016). Ciencia e innovación para los desafios del agua en Chile. https://www.cnid.cl/wp-content/ uploads/2017/04/Ciencia-e-innovación-para-los-desafíosdel-Agua-en-Chile-VF.pdf Cochilco. (2019). Anuario de estadísticas del cobre y otros minerales. https://www.cochilco.cl/Lists/Anuario/ Attachments/23/AE2019WEB.pdf Cochilco. (2020). Consumo de agua en la minería del cobre al año 2019. https://www.cochilco.cl/Listado Temtico/2020 10 30 Consumo de agua en la mineria del cobre al 2019_version final.pdf Crespo, A., & Fernández, C. (2008). El agua, recurso único. http://www.wasa-gn.net/private/admin/ficheiros/ uploads/5102a7ddd4479d58dc78d4aeaf17683a.pdf DGA. (2016). Atlas del Agua. https://dga.mop.gob.cl/ DGADocumentos/Atlas2016parte1-17marzo2016b.pdf Directemar. (2015). Directrices para la evaluación ambiental de proyectos industriales de desalación en jurisdicción de la autoridad marítima. Ekp, 13(3), 1576–1580. https://www.directemar.cl/directemar/site/ artic/20170125/asocfile/20170125122344/directrices_ desaladoras.pdf Estevan, A., & García, M. (2007). El consumo de energía en la desalación de agua de mar por ósmosis inversa : situación actual y perspectivas. Ingeniería Civil, 148, 113–121. https://hispagua.cedex.es/sites/default/files/ hispagua_articulo/Ingcivil/2007_148_113.pdf Fundación Chile. (2018). Radiografía del agua. https:// fch.cl/wp-content/uploads/2019/12/resumenradiografia-del-agua-1.pdf GWI. (2020). DESALINATION MARKET UPDATE. Hedin, L. E., Illergård, K., & Elofsson, A. (2011). An introduction to membrane proteins. Journal of Proteome Research, 10(8), 3324–3331. https://doi.org/10.1021/ pr200145a IDA. (2018). YEARBOOK. https://doi.org/10.21055/03701069-2018-1-44-49

IDA. (2020). Water security Handbook 2019-2020. In Water Well Journal (Vol. 56, Issue 3). https://doi. org/10.1201/9780203878057.pt2 IPCC. (2014). Climate Change 2014. https://epic.awi.de/ id/eprint/37530/1/IPCC_AR5_SYR_Final.pdf Ministerio del medio ambiente. (2019). Quinto reporte del estado del medio ambiente. https://sinia.mma.gob.cl/ quinto-reporte-del-estado-del-medio-ambiente/ Ministerio del Medio Ambiente. (2013). Reglamento del Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental. Biblioteca Del Congreso Nacional. https://www.bcn.cl/leychile/ navegar?idNorma=1053563 Ministerio Secretaría General de la Presidencia. (2020). Ley 19300. https://www.bcn.cl/leychile/ navegar?idNorma=30667 Rojas Seguel, D., Castillo, E., & Cantallopts, J. (2015). Caracterización de los costos de la gran minería del cobre. Cochilco, 39. https://www.cochilco.cl/Listado Temtico/Informe_caracterizacion_de_los_costos.pdf Sarricolea, P., & Meseguer-Ruiz, Ó. (2015). Sequías en Chile central a partir de diferentes índices en el período 1981-2010. https://investigacionesgeograficas.uchile.cl/ index.php/IG/article/view/41178/42715 SISS. (2018). Informe de gestión del sector sanitario. https://www.siss.gob.cl/586/articles-17722_recurso_1. pdf Wood, R. (2014). Final Biological Opinion re: EPA Final Rule - Cooling Water Intakes - May 19, 2014. 316. https://www.epa.gov/sites/production/files/2015-04/ documents/final_316b_bo_and_appendices_5_19_2014. pdf World Bank Group. (2019). The Role of Desalination in an Increasingly Water-Scarce World. March. https://doi. org/10.1596/31416 Zarzo, D. (2020). La Desalación del Agua en España. https://documentos.fedea.net/pubs/eee/eee2020-22. pdf