Cómo superar una debilidad crítica de las energías renovables
Los paneles solares dejan de producir electricidad cuando se pone el sol. Las turbinas eólicas se detienen cuando amaina el viento. Incluso la producción de las represas hidroeléctricas disminuye durante sequías prolongadas. Desde hace décadas, la revolución de las energías renovables busca una fuente de energía limpia que funcione sin interrupciones, hora tras hora, sin tener que consultar antes el pronóstico del tiempo. En agosto de 2025, una pequeña instalación en la costa sur de Japón comenzó a hacer precisamente eso: generar electricidad a partir de la tensión química entre el agua dulce y el agua salada. La planta, ubicada dentro del Centro de Desalinización de Agua de Mar Uminonakamichi Nata, en Fukuoka, es la primera instalación operativa de energía osmótica en Asia. Es apenas la segunda planta comercial de este tipo en funcionamiento continuo en el mundo, después de una instalación danesa que abrió en 2023. Para un país que importa la mayoría de los combustibles fósiles que consume y enfrenta una presión cada vez mayor para descarbonizar su economía, su puesta en marcha representa más que un experimento local. Es una prueba en tiempo real de si los océanos que rodean Japón pueden convertirse en una fuente constante de energía limpia de base.
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La instalación, también conocida como Mamizupia, inició oficialmente sus operaciones con una ceremonia de inauguración el 5 de agosto de 2025. A diferencia de las centrales eléctricas convencionales, no quema combustible ni emite dióxido de carbono. Aparte de una turbina, prácticamente no tiene piezas móviles. Y, lo que es más importante, no depende de la luz solar, la velocidad del viento ni las lluvias estacionales. La planta funciona según un principio llamado ósmosis por presión retardada, comúnmente abreviado como PRO, que extrae energía aprovechable de la tendencia natural del agua a equilibrar las concentraciones de sal. Al combinar dos flujos residuales que la ciudad ya produce —salmuera concentrada procedente de la desalinización y aguas residuales tratadas de una planta de saneamiento—, el sistema genera aproximadamente 880000 kilovatios hora de electricidad al año. Esa producción basta para cubrir una parte significativa de las necesidades energéticas del centro de desalinización y equivale al consumo de entre 220 y 300 hogares japoneses promedio. Los operadores informan de un factor de utilización cercano al 90 %, un nivel de regularidad que las instalaciones solares y eólicas solo pueden alcanzar con costosos sistemas de respaldo de baterías.
La discreta física detrás de la energía azul
Para entender cómo funciona la planta de Fukuoka, conviene recordar un proceso biológico básico. La ósmosis es la misma fuerza que permite a las raíces de los árboles absorber agua del suelo y evita que las células humanas colapsen cuando están rodeadas de fluidos. Cuando dos soluciones con diferentes concentraciones de sal se encuentran a ambos lados de una membrana semipermeable, las moléculas de agua migran de forma natural desde el lado menos salado hacia el más salado, en un intento por igualar las concentraciones. Los iones de sal son demasiado grandes para atravesar la membrana, por lo que solo pasa el agua. Dentro de una cámara de presión sellada, esa migración aumenta tanto el volumen como la presión en el lado más salado. Los ingenieros aprovechan esa presión, la conducen a través de una turbina y hacen girar un generador eléctrico. El resultado es electricidad generada únicamente a partir de la diferencia química entre dos cuerpos de agua.
La versión que funciona en Fukuoka aplica una variante llamada ósmosis por presión retardada. En un sistema PRO convencional que utiliza agua de mar y agua dulce, el proceso químico funciona mejor con una diferencia de presión de unos 26 bar, aproximadamente equivalente a la fuerza que se siente en el fondo de una columna de agua de 270 metros. La instalación de Fukuoka mejora el modelo teórico al alimentar el lado salado no con agua de mar común, sino con salmuera concentrada que queda después de retirar el agua dulce durante la desalinización. En el lado dulce, la planta utiliza aguas residuales tratadas que llegan por tubería desde una instalación cercana de tratamiento de aguas residuales. Sandra Kentish, ingeniera química de la Universidad de Melbourne, explicó que esta combinación amplía la diferencia de salinidad y permite extraer más energía del proceso que con una configuración estándar de agua de mar. El doctor Ali Altaee, especialista en fuentes alternativas de agua de la Universidad de Tecnología de Sídney, señaló que ambos flujos ya se mezclaban antes de su descarga, por lo que instalar una membrana y una turbina entre ellos permite aprovechar energía que, de otro modo, se disiparía en el mar.
Una solución circular a un problema costero
Fukuoka no parece una metrópolis propensa a una crisis del agua, pero su geografía ha obligado a la región a planificar cuidadosamente. El área metropolitana ampliada abastece a unos 2,6 millones de habitantes sin contar con grandes ríos cercanos, por lo que las lluvias no son una fuente confiable de agua potable. Desde 2005, el Centro de Desalinización de Agua de Mar Uminonakamichi Nata ha estabilizado el suministro local al convertir agua de mar en agua dulce a un ritmo de unos 50000 metros cúbicos al día. Este proceso, aunque es vital para la vida, genera un subproducto difícil de gestionar. La salmuera concentrada, que suele alcanzar niveles de salinidad cercanos al 8 %, debe eliminarse con cuidado para evitar daños a los ecosistemas marinos locales.
La planta de energía osmótica transforma ese residuo en un recurso. En lugar de considerar la salmuera una carga ambiental que exige dilución y descarga, los operadores ahora la hacen pasar por módulos de membranas junto con aguas residuales tratadas. El flujo de agua dulce a través de la membrana aumenta la presión en el lado de la salmuera, hace funcionar la turbina y finalmente produce agua diluida que puede liberarse con menor impacto ecológico. En la práctica, la planta convierte dos problemas de eliminación de residuos en un único flujo de energía. La electricidad generada vuelve al centro de desalinización, reduce los costos operativos y disminuye el consumo de la red convencional. Kenji Hirokawa, director del Centro de Desalinización de Agua de Mar, ha descrito la instalación como un primer paso modesto, no como una solución definitiva. Esa descripción es adecuada para una tecnología que todavía está demostrando su eficacia a escala comercial, pero también refleja una ambición más amplia. Las ciudades costeras de todo el mundo enfrentan los mismos dos desafíos: el aumento de la demanda de energía y la eliminación de la salmuera. El ejemplo de Fukuoka muestra cómo abordar ambos al mismo tiempo.
Lecciones de una década de intentos fallidos
La idea de generar energía a partir de gradientes de salinidad no es nueva. Un investigador estadounidense propuso el concepto por primera vez en 1976, en la revista Journal of Membrane Science. Durante más de tres décadas, la teoría quedó prácticamente sin desarrollar, hasta que la empresa eléctrica noruega Statkraft comenzó a construir instalaciones experimentales. En noviembre de 2009, Statkraft inauguró el primer prototipo PRO en el fiordo de Oslo, en Tofte, con el objetivo de demostrar que la energía osmótica podía competir en mercados reales. La planta tenía una capacidad de diseño de 10 kilovatios, pero en la práctica solo generaba entre 2 y 4 kilovatios. En enero de 2014, Statkraft cerró el proyecto y anunció que la eficiencia de las membranas seguía siendo demasiado baja para que fuera comercialmente viable.
El fracaso noruego se convirtió en una advertencia sobre la distancia entre la química de laboratorio y la economía industrial. La densidad de potencia de las membranas pasó a ser el indicador clave. Investigaciones publicadas en revistas académicas han establecido que los sistemas osmóticos deben producir aproximadamente 5 vatios por metro cuadrado de membrana para acercarse a la viabilidad financiera. La instalación de Tofte apenas alcanzaba entre 1 y 3 vatios por metro cuadrado. Las membranas eran demasiado caras, se obstruían con demasiada rapidez y permitían un flujo de agua demasiado bajo para justificar la energía necesaria para el bombeo. Durante la década siguiente, la tecnología quedó relegada a programas piloto y artículos académicos, mientras los costos de la energía solar y eólica caían drásticamente.
La planta de Fukuoka busca evitar esa trampa mediante una elección más acertada de la ubicación, en lugar de esperar un avance en los materiales. Como la instalación ya produce salmuera hipersalina y recibe aguas residuales tratadas, el gradiente de salinidad es mucho más pronunciado que en una combinación estándar de agua de mar y agua dulce. Esa mayor diferencia permite que la tecnología de membranas disponible, aunque todavía imperfecta, extraiga suficiente energía neta para que la planta resulte rentable. Akihiko Tanioka, experto en la materia, elogió el hito y su potencial más amplio.
Esta implementación exitosa es un logro importante. Espero que se replique en todo el mundo.
La empresa danesa SaltPower ya había demostrado que el concepto podía funcionar con una planta comercial de operación continua en Mariager, en 2023. La instalación japonesa, de mayor tamaño, suma ahora un caso asiático y demuestra que la PRO puede integrarse con la infraestructura municipal de agua existente.
Cifras pequeñas, valor constante
En comparación con las grandes redes eléctricas, la planta osmótica de Fukuoka es diminuta. Su producción continua promedio es de unos 100 kilovatios, una cifra insignificante frente a los cientos de megavatios que generan los parques eólicos marinos o las centrales de gas. El costo del proyecto, de aproximadamente 4,38 millones de dólares, subraya que todavía no se trata de energía barata. Casi toda la electricidad generada se destina al funcionamiento del propio centro de desalinización, lo que significa que la instalación actúa más como un circuito de recuperación de energía que como un generador independiente que abastece a las ciudades.
Sin embargo, el tamaño no es el único criterio para medir su importancia. Lo que la planta no tiene en capacidad, lo compensa con previsibilidad. Un factor de utilización del 90 % significa que el sistema produce energía durante tifones, noches sin viento y días nublados de invierno. En teoría, dos campos de fútbol de paneles solares podrían igualar la producción anual, pero las nubes, la noche y los cambios estacionales del ángulo del sol convierten ese total teórico en una realidad variable. Los operadores de la red deben equilibrar esas fluctuaciones con reservas rotatorias o bancos de baterías. La energía osmótica, en cambio, ofrece una curva de generación estable que las empresas de servicios públicos pueden programar con confianza.
Esta configuración también tiene sentido económico en su contexto. Un estudio de 2024 publicado en Chemical Engineering Science describió nuevas modificaciones de membranas que podrían impulsar la generación sostenible de energía a partir de gradientes de salinidad, mientras que un análisis tecnoeconómico de la PRO publicado en Frontiers in Energy Research confirmó que integrar esta tecnología en plantas de desalinización figura entre las vías más viables comercialmente. La razón es sencilla: el flujo de salmuera ya se produce sin costo adicional y las aguas residuales ya están circulando. La planta no necesita comprar combustible ni construir tuberías a través de zonas naturales. Simplemente se incorpora a un ciclo de uso del agua que ya existe.
La carrera mundial por mejores membranas
Pese al optimismo que rodea a Fukuoka, la industria de la energía osmótica todavía enfrenta un desafío relacionado con los materiales. La Agencia Internacional de Energías Renovables ha estimado que el potencial técnico mundial de la energía de gradiente salino podría alcanzar los 647 gigavatios y los 5177 teravatios hora al año, aunque los límites geográficos y de ingeniería mantendrán la cifra práctica muy por debajo de ese nivel. Para que ese potencial se haga realidad, las membranas deben ser más baratas, duraderas y resistentes a la obstrucción. La agencia ha identificado el costo de las membranas como un obstáculo importante, y los investigadores siguen buscando materiales que permitan un flujo de agua más rápido y, al mismo tiempo, resistan la acumulación de materia orgánica y minerales.
Japón tiene incentivos comerciales para liderar esa investigación. Según el gobierno japonés, las empresas nacionales ya controlan aproximadamente el 60 % del mercado mundial de membranas para desalinización. Los avances en las membranas para energía osmótica podrían reforzar ese liderazgo industrial y abrir mercados de exportación. Kyowakiden Industry, la empresa de ingeniería que suministró las membranas y el conjunto de turbinas para la planta de Fukuoka, ha expresado su intención de construir instalaciones entre cinco y diez veces mayores si el proyecto piloto funciona bien durante un período de pruebas de varios años. Los clientes más evidentes serían las regiones que ya dependen de la desalinización, en particular Oriente Medio, donde algunas plantas pueden producir más de 900000 metros cúbicos de agua dulce al día.
Siguen apareciendo proyectos piloto en todo el mundo. Se han presentado prototipos y demostraciones en Noruega, Corea del Sur, Australia, España y Qatar. El doctor Altaee señaló que la Universidad de Tecnología de Sídney cuenta con su propio prototipo, que podría volver a ponerse en marcha con financiamiento gubernamental y utilizar los lagos salados de Nueva Gales del Sur como fuente de recursos. La planta de Fukuoka no necesita ser enorme para tener influencia. Debe demostrar que las membranas, las bombas y el modelo económico pueden resistir un funcionamiento continuo el tiempo suficiente para atraer inversiones mayores. Si lo logra, las ciudades costeras con infraestructura de desalinización podrían descubrir que cuentan con una fuente inesperada de energía limpia de base.
Lo que debe saber
- La primera planta de energía osmótica de Japón comenzó a funcionar el 5 de agosto de 2025 en el Centro de Desalinización de Agua de Mar Uminonakamichi Nata, en Fukuoka. Es la primera instalación de este tipo en Asia y la segunda planta comercial de operación continua en el mundo, después de la apertura de una instalación danesa en 2023.
- La planta utiliza ósmosis por presión retardada para generar aproximadamente 880000 kilovatios hora al año, aprovechando la diferencia de salinidad entre la salmuera concentrada de la desalinización y las aguas residuales tratadas.
- Con un factor de utilización cercano al 90 %, la instalación produce electricidad de forma continua, sin importar el clima ni la hora del día, y ofrece una confiabilidad que la energía solar y eólica no pueden igualar sin sistemas de almacenamiento.
- El proyecto recicla dos flujos residuales existentes, reduce el impacto ambiental de la eliminación de salmuera y compensa parte del consumo energético de la planta de desalinización.
- La tecnología de membranas sigue siendo el principal desafío. Intentos anteriores, como un prototipo noruego abandonado en 2014, fracasaron porque la eficiencia de las membranas era demasiado baja para justificar los costos.
- Las empresas japonesas controlan alrededor del 60 % del mercado mundial de membranas para desalinización, lo que da al país tanto incentivos industriales como conocimientos técnicos para ampliar la energía osmótica.
- Si el proyecto piloto tiene éxito, los ingenieros aspiran a construir instalaciones entre cinco y diez veces mayores. Las grandes regiones de desalinización, como Oriente Medio, son los mercados de expansión más probables.
