Los mares y los océanos son
inmensos colectores solares, de los cuales se puede extraer energía de orígenes
diversos:
§ La radiación solar incidente sobre
los océanos, en determinadas condiciones atmosféricas, da lugar a los
gradientes térmicos oceánicos (diferencia de temperaturas) a profundidades
menores de 1000 metros.
§ El empuje de los vientos y las
aguas son responsables del oleaje y de las corrientes marinas.
§ La influencia gravitacional de los
cuerpos celestes sobre las masas oceánicas provoca mareas.
Veamos las formas más conocidas de aprovechamiento.
1. Mareomotriz.
Para nuestro
país –donde las amplitudes de marea son menores a tres metros de altura- solo
es útil la energía cinética de las corrientes de marea. Es particularmente
notoria en áreas costeras, alrededor de las islas, donde estas son más
intensas. El autor realizó una investigación básica para determinar el
potencial mareomotriz del Golfo de Nicoya en el año 1988[1],
cuyos resultados se presentan en ilustración 15. Con esta energía limpia, que no
requiere de embalse, se podría electrificar toda la península de Nicoya. Su
origen está en las vecindades de las Islas Negritos, margen
occidental del Golfo de Nicoya. Aquí la intensa corriente en el fondo, no
permite que se deposite el sedimento. Por el contrario, su textura rocosa
facilita el anclaje de los ejes de las turbinas giratorias, a una profundidad
de 15 a 20 metros. En ambas fases de marea, durante 20 horas al día, se tienen
flujos que superan el mínimo crítico, a
lo ancho de 1500 metros del canal. Las
paredes rocosas de la Península y de las islas, permiten instalar el puente de
control y los tensores de las turbinas.
Este tipo de aprovechamiento mareomotriz se utiliza
desde mediados del siglo XX en la costa inglesa y el Mar del Norte. Hoy la
tecnología permite instalar en los pasajes de las Islas Negritos unas 20
turbinas en paralelo, generando cada una entre 5 y 8 Megavatios.
Su impacto ambiental es mínimo, pues no requiere
represa ni transformación drástica del ambiente. El agua no se extrae ni se
contamina térmica o químicamente. Este solo cede su energía a los álabes de las
turbinas. Ventajas adicionales son las facilidades de acceso al complejo, las
cuales pueden incluir paraderos turísticos en las rocosas islas, o bien giras
educativas para las nuevas generaciones. Una planta de este tipo podría atender
las necesidades energéticas para el desarrollo de la Península de Nicoya,
generar empleo directo para cien personas e indirecto para otras tantas.
Tiene ventaja comparativa con respecto a otros
proyectos de generación hidroeléctrica, pues su potencial no se afecta por
sequías o por el asolvamiento con las inundaciones. Su génesis solo depende de la
interacción gravitacional entre la Tierra, la Luna y el Sol. Por lo tanto,
desde la perspectiva humana es una fuente inagotable, permanente, constante y
armoniosa con la naturaleza.
Ilustración
15. Potencial mareomotriz en el Golfo de Nicoya. De color
rojo los lugares de mayor potencial (20MW). De color azul el ingreso de la onda
de marea antes de pleamar. Fuente: el autor.
2. Hidratos de metano
Son
acumulaciones cristalinas formadas por gas natural y agua que al encontrarse en
condiciones de altas presiones y bajas temperaturas forman sólidos similares al
hielo. Las moléculas de gas (llamadas moléculas huésped) se encuentran
atrapadas en el interior de una capsula constituida por agrupaciones de
moléculas de agua (denominadas moléculas anfitrión). Algo curioso es que no
existen enlaces entre las moléculas huésped y anfitrión; y a pesar de su
apariencia sólida los hidratos son vulnerables a cualquier cambio de presión,
temperatura o estructural produciéndose un escape brusco del gas.
Los sedimentos
de fondo marinos en los bordes continentales (Costa Rica); representan la mayor
concentración de hidratos de metano, pues, en este tipo de ambiente se
evidencian temperaturas relativamente bajas alrededor de 40 grados Fahrenheit y
altas presiones (de 700 a 1500 psi) como consecuencia de las grandes
profundidades (mayores a 1000 pies) en las que se desarrolla el proceso de
acumulación.
Ilustración 16. Distribución global de
hidratos de metano. Note que Costa Rica es privilegiada en su
océano Pacífico.
Fuente:
USGS en página web http://www.boemre.gov/offshore/hydratemapsgraphics.htm
Los hidratos de gas liberan grandes cantidades de metano a la atmósfera
lo cual contribuye en gran proporción con el fenómeno climático del
calentamiento global, siendo este 20 veces más potente que el dióxido de carbono
como gas invernadero. Pero el principal
obstáculo para su explotación consiste en la extracción del metano de su
hidrato, para lo cual se plantean dos técnicas como son la despresurización y
el calentamiento directo. La primera opción se considera económicamente más
viable y ya se aplicó para un yacimiento en Rusia. La segunda opción requiere
aumentar la temperatura del yacimiento, sin embargo las grandes profundidades a
las que se debe perforar produce perdidas de energía inaceptables. La solución
más factible fue planteada por la empresa norteamericana “combustión precisa”
la cual desarrolló una caldera que podría introducirse directamente en el
yacimiento. Dicha empresa expresó que la tecnología permitirá eliminar el CO2
del medio ambiente (producido en la combustión) y secuestrarlo en el
yacimiento. Sin embargo la técnica solo se ha desarrollado a nivel de
laboratorio y se encuentra en fase experimental.
A pesar de sus elevados costos, la dificultad de extracción y las
tecnologías que deben aplicarse debido a las profundidades que se encuentra,
los hidratos de metano jugarán un papel protagónico en el siglo XXI por sus
indiscutibles usos, ventajas y su menor impacto ambiental.
3. Gas natural
Es un energético
natural de origen fósil, que se encuentra normalmente en el subsuelo
continental o marino. Se formó hace millones de años cuando una serie de
organismos descompuestos como animales y plantas, quedaron sepultados bajo lodo
y arena, en lo más profundo de antiguos lagos y océanos. En la medida que se acumulaba
lodo, arena y sedimento, se fueron formando capas de roca a gran profundidad.
La presión causada por el peso sobre éstas capas más el calor de la tierra,
transformaron lentamente el material orgánico en petróleo crudo y en gas
natural. El gas natural se acumula en bolsas entre la porosidad de las rocas
subterráneas. Pero en ocasiones, el gas natural se queda atrapado debajo de la
tierra por rocas sólidas que evitan que el gas fluya, formándose lo que se
conoce como un yacimiento.
El gas natural se
puede encontrar en forma "asociado", cuando en el yacimiento aparece
acompañado de petróleo, o gas natural "no asociado" cuando está
acompañado únicamente por pequeñas cantidades de otros hidrocarburos o gases.
La composición del gas
natural incluye diversos hidrocarburos gaseosos, con predominio del metano, por
sobre el 90%, y en proporciones menores etano, propano, butano, pentano y
pequeñas proporciones de gases inertes como dióxido de carbono y nitrógeno.
Tales recursos marinos, se
ubican primordialmente sobre la plataforma continental. Por ello es importante
defender la soberanía nacional sobre estos territorios.
Ilustración
17. Gas natural de cordillera Cocos. Los estudios de la misión técnica de Alemania
(GTZ. 2005), indican un potencial del
orden de US$2.4x1012. Fuente: el autor.
4. Oleaje
Las olas del mar son un derivado terciario de la energía solar. El
calentamiento de la superficie terrestre genera viento y el viento genera las olas.
Únicamente el 0.01% del flujo de la energía solar se transforma en energía de
las olas. Una de las propiedades características de las olas es su capacidad de
desplazarse a grandes distancias sin apenas pérdida de energía. Por ello, la
energía generada en cualquier parte del océano acaba en el borde continental.
De este modo la energía de las olas se concentra en las costas, que totalizan
336000km de longitud. La densidad media de energía es del orden de 8kW/m de
costa. En comparación, las densidades de la energía solar son del orden de
300W/m ². Por tanto, la densidad de energía de las olas es curiosamente, en un
orden de magnitud mayor que la que los procesos que la generan. Las
distribuciones geográficas y temporales de los recursos energéticos de las olas
están controladas por los sistemas de viento que las generan (tormentas,
alisios, monzones).
La densidad de energía disponible varía desde las más altas del mundo,
entre 50-60kW/m en Nueva Zelanda, hasta el valor medio de 8kW/m.
La tecnología de conversión de movimiento oscilatorio de las olas en
energía eléctrica se fundamenta en que la ola incidente crea un movimiento
relativo entre un absorbedor y un punto de reacción que impulsa un fluido a
través del generador.
Ilustración 18. Prototipo de generador de
electricidad con base en el movimiento ondulatorio de la superficie del océano.
Fuente:http://www.vistaalmar.es/medioambiente/contaminacion/820-mineria-en-el-fondo-marino-del-artico.html
La potencia instalada en operación en el mundo apenas llega a mil
megavatios. La mayor parte de las instalaciones lo son de tierra. Los costos
fuera de la costa son considerablemente mayores. En la actualidad, la potencia
instalada de los diseños más modernos varía entre 1 y 2 megawatt, pero todos
los diseños deben considerarse experimentales.
5. Energía térmica oceánica
La explotación de las diferencias de temperatura de los océanos ha sido
propuesta multitud de veces, desde que D´Arsonval lo insinuara en el año 1881,
pero el más conocido pionero de esta técnica fue el científico francés George
Claudi, que invirtió toda su fortuna obtenida por la invención del tubo de
neón, en una central de conversión térmica[2].
La conversión de energía térmica oceánica es un método de convertir en
energía útil la diferencia de temperatura entre el agua de la superficie y el
agua que se encuentra en capas inferiores. En Costa Rica sobre la Trinchera Mesoamericana
contamos con condiciones propicias, con diferencias que van de 29°C en
superficie, hasta y 2°C a dos mil metros de profundidad. Para el
aprovechamiento es suficiente una diferencia de 20°C.
Las ventajas de esta fuente de energía se asocian a que existe un salto
térmico permanente y benigno desde el punto de vista medioambiental. Puede
tener ventajas secundarias, tales como alimentos y agua potable, debido a que
el agua fría profunda es rica en sustancias nutritivas y sin agentes patógenos.
Las
posibilidades de esta técnica se han potenciado debido a la transferencia de
tecnología asociada a las explotaciones petrolíferas fuera de costa. El
desarrollo tecnológico de instalación de plataformas profundas, la utilización
de materiales compuestos y nuevas técnicas de unión harán posible el diseño de
una plataforma, pero el máximo inconveniente es el económico.
Ilustración 19. Prototipo de planta de generación
eléctrica en el océano con base en el principio termoeléctrico. Fuente: http://www.vistaalmar.es/medio-ambiente/contaminacion/820-mineria-en-el-fondo-marino-del-artico.html
Existen dos
sistemas para el aprovechamiento de esta fuente de energía:
§ El primero consiste en utilizar
directamente el agua de mar en un circuito abierto, evaporando el agua a baja
presión y así mover una turbina. El departamento de energía americano (DOE)
está construyendo un prototipo de 165kW en las islas Hawaii, con él se pretende
alcanzar la experiencia necesaria para construir plantas de 2 a 15MW.
§ El segundo consiste en emplear un
circuito cerrado y un fluido de baja temperatura de ebullición (amoníaco, freón,
propano) que se evaporan en contacto con el agua caliente de la superficie.
Este vapor mueve un turbogenerador, se condensa con agua fría de las
profundidades y el fluido queda dispuesto de nuevo para su evaporación.
El rendimiento de este sistema es su bajo rendimiento, sobre un 7%, esto
es debido a la baja temperatura del foco caliente y la poca diferencia de
temperatura entre el foco frío y caliente. Además es preciso realizar un coste
extra de energía, empleado para el bombeo de agua fría de las profundidades
para el condensado de los fluidos.
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