Energía por gradiente térmico: posible detonante de desarrollo para México

Por M.C. Alejandro García Huante1 (AGarciaHu@iingen.unam.mx) y M.C. Erika Paola Garduño Ruiz1.

1Instituto de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México

Introducción

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Una obra literaria que mencionó por primera vez la posible obtención de energía oceánica fue “20,000 leguas de viaje submarino”, escrita por el francés Julio Verne, donde se enfatiza la frase “La electricidad la obtengo del mar”. Esa idea tan visionaria para la época (1870) detonó lo que en una decena de años sería una realidad: el aprovechamiento de la energía marina. En 1881, un médico y físico francés llamado Arséne d’Ansorval presentó por primera vez ante la comunidad científica su concepto de aprovechamiento de la energía del mar a partir del gradiente de temperatura, lo que actualmente se conoce como “Conversión Térmica de la Energía Oceánica” (OTEC). Más adelante, su alumno George Claude, pudo demostrar en 1926 a la Academia de Ciencias de París el concepto de OTEC, consiguiendo la aprobación de fondos para redimensionar su prototipo. Gracias a ello, en 1928 logra la obtención de electricidad con su modelo experimental de 60 kW y en 1930 en la bahía de Matanzas, Cuba consigue generar cerca de 22 kW, con lo que se daba un paso trascendental para OTEC. Actualmente existen alrededor de 5 plantas piloto ubicadas en Corea, Japón, Estados Unidos y Francia.

¿Cómo funciona?

OTEC aprovecha el gradiente de temperatura del mar entre las aguas profundas (1,000 m y 4°C) y superficiales, para la generación de energía. Es preferible trabajar en áreas donde el gradiente térmico sea mayor a 20°C, para asegurar una mayor eficiencia del sistema; por esta razón, países ubicados en las zonas tropicales tienen un mayor potencial (Figura 1). México cuenta con carcterísticas óptimas para desarrollar este tipo de energía en el Océano Pácifico y Mar Caribe, en donde existen zonas específicas para su implementación como Cozumel, Bahía de Banderas, Cabo Corrientes y las costas de Michoacán, Guerrero y Oaxaca; debido a que en estos lugares cuentan con 1) Distancia adecuada entre la línea de costa y la profundidad de 1000 m (menores a 10 km), 2) Excelente Gradiente Térmico (> 20 °C), 3) Potencias anuales de entre 60 y 160 MW y 4) Persistencia de entre el 50 y 100% de los días del año.

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Figura 1. Distribución de los gradientes de temperatura del océano

La tecnología OTEC utiliza para su funcionamiento el ciclo de calor termodinámico Rankine para generar electricidad por medio de turbinas de vapor y puede tener tres modalidades de ciclo: abierto (CA), cerrado (CC) e Híbrido(H). El CA (Figura 2) usa como combustible el agua de mar cuya fase gaseosa mueve una turbina conectada a un generador, éste tipo de ciclo genera valiosos subproductos como agua potable, entre otros. El CC utiliza un fluido de trabajo con bajo punto de ebullición, como el amoníaco, su fase de vapor mueve la turbina. El H, es una combinación de los ciclos anteriores para generar electricidad y agua potable. Así mismo, OTEC tiene dos principales configuraciones como son: 1) Plantas en tierra (Figura 3), donde la planta se ubica a una distancia cercana a la costa y 2) Plantas fuera de costa o Sistemas flotantes (Figura 4), donde la planta se ubica a pocos kilómetros de la costa, generalmente construidas sobre plataformas o barcos.

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Figura 2. Esquema conceptual del ciclo una planta OTEC
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Figura 3. Planta OTEC onshore
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Figura 4. Planta OTEC offshore

Subproductos

Dentro de los diferentes subproductos (Figura 5) que podemos obtener del CA y H, tenemos principalmente la generación de agua potable; no obstante, se puede hacer uso del agua fría de las profundidades para la generación de sistemas de refrigeración; esta agua enriquecida en nutrimentos puede alimentar tecnologías biológicas (p. ej., agricultura de agua fría, acuacultura y maricultura). También es posible conseguir combustibles secundarios como el metanol, a partir de la utilización del dióxido de carbono (CO2) que se desprende del bombeo de agua profunda y superficial utilizada en el proceso de obtención de energía eléctrica. Actualmente también se fabrican productos comestibles y cosméticos, además de extracción de sal para cocina y fertilizantes. En las regiones de Goseong, Corea del Sur y Okinawa, Japón, se ha generado una nueva “industría de las profundidades”, vendiendo estos subproductos que ha impulsado el desarrollo social y económico de la población.

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Diversos usos y subproductos de una planta OTEC

Conclusión

Si comparamos a OTEC con el resto de las demás fuentes renovables, su investigación y proyectos todavía se encuentran en una fase preliminar, pero su potencial es muy alto. Posee un factor de capacidad muy elevado (entre el 80 y 97%) permitiendo una producción eléctrica constante, disminuyendo las intermitencias que se observan en zonas donde la electricidad se genera por otro tipo de energías. El impulso de este tipo de tecnología, podría dar solución a la creciente demanda energética del país, así como desencadenar un posible desarrollo tecnológico, social y económico en las poblaciones costeras.

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Garduño Ruiz, E. P., A. García Huante, Y. Rodríguez Cueto, J. F. Bárcenas Graniel, M. Á. Alatorre Mendieta, E. Cerezo Acevedo, J. Guadalupe Tobal Cupul, V. M. Romero Medina y R. Silva Casarín 2017. OTEC Estado del Arte. Cemie-Océano, Universidad Autónoma de Campeche. 123 p.

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Autor: Agua&Ambiente

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