LOS OCÉANOS: energía del futuro

Generar energía con tecnologías alternativas es una necesidad a nivel mundial, pues resulta una de las mejores estrategias para aminorar las emisiones de carbono y el uso irracional de combustibles fósiles que contaminan el agua, los suelos y el ambiente en general.

Actualmente, a nivel mundial el consumo de energía eléctrica es de 500 EJ=(5×1020 J) o 138 TWh por año -aproximadamente- y para el 2050 se estima que este consumo se triplique, por lo que se requerirán mayores cantidades de energía que permitan mantener o mejorar los niveles de vida de la población.

Sin embargo, la participación de las energías renovables ha sido limitada por la dependencia en el uso de combustibles fósiles de algunas economías de estado, aunado a la reducida capacidad y altos costos para la investigación y desarrollo de tecnologías competitivas, así como la falta de información y conocimiento de los recursos naturales con los que se cuentan para ser aprovechados como fuentes de energía.

Se calcula que para 2050 la energía oceánica podría tener un potencial para implementar más de 300 gigawatts (GW) de capacidad instalada a nivel mundial.

El potencial

El 97% del agua presente en el planeta Tierra se encuentra en los océanos, por lo que se les considera un recurso valioso para la generación de energías limpias. Las principales fuentes de aprovechamiento de energía oceánica que han sido estudiadas para la producción de electricidad son cinco:

1. Corrientes marinas.

Las corrientes marinas son una fuente de energía renovable, que está presente en forma de energía cinética debido al movimiento de las masas oceánicas. Las corrientes marinas tienen diferente origen destacando los movimientos de rotación y de traslación de la tierra, los vientos planetarios, la surgencia de aguas frías y los gradientes de presión. Por este motivo las corrientes oceánicas están conectadas en todo el globo terráqueo formando un sistema extremadamente complejo, al cual están integrados los mares mexicanos.

2. Mareas.

La energía potencial de las mareas producida por el rango entre pleamar y bajamar, es capturada mediante diques o presas en una bahía o estuario, operando de manera muy similar a las hidroeléctricas. El agua que se almacena durante la pleamar es liberada hacia el otro lado del dique durante bajamar, este movimiento del agua impulsa una turbina generando electricidad.

Un área de agua moviéndose a 20 kilómetros por hora ejerce la misma fuerza que un viento de 176 kilómetros por hora, lo que representa un alto potencial energético para las corrientes oceánicas.

3. Oleaje.

La producción de electricidad a partir de energía undimotriz se efectúa mediante el movimiento de la superficie del océano (oleaje). Los convertidores de energía del oleaje (CEO), conocidos internacionalmente como WEC (Wave Energy Converter) son muy variados y aprovechan el cambio de la superficie del mar (sobreelevación, rotación y traslación) para mover componentes que se conectan a generadores eléctricos.

4. Gradientes térmicos.

El principio de utilización de gradiente térmico consiste en que el mar proporciona el “calor” y el “frío” a una máquina térmica convencional, donde un fluido de trabajo realiza un recorrido cíclico de: evaporación, generación de energía con el vapor, y bombeo a la caldera. Este tipo de planta energética se llama OTEC (Ocean Thermal Energy Conversión).

5. Gradientes salinos.

El uso de membranas para el aprovechamiento de la energía por gradientes salinos está en fase de desarrollo y existen dos métodos prácticos cuyo propósito es aprovechar la potencia osmótica debida a la diferencia de concentración de sales: Método por electrodiálisis inversa (EDI) y el Método de ósmosis por presión retardada (OPR).

La tendencia actual de explotación de energía oceánica está en la energía producida por las olas, mareas y corrientes. Sin embargo, cabe aclarar que estas fuentes no están distribuidas uniformemente, por lo que cada región del mundo debe evaluar la disponibilidad de recursos que tiene y las técnicas de aprovechamiento.

Para 2050, la energía oceánica tendrá un potencial de 300 GW de capacidad instalada a nivel mundial, que se utilizará en el suministro de energía eléctrica, calefacción, refrigeración y producción de agua potable para comunidades costeras y representará un ahorro de 500 millones de toneladas de emisiones de dióxido de carbono (CO2) a la atmósfera.

Esto de acuerdo a estimaciones de la Agencia Internacional de Energía (IEA, por sus siglas en inglés).

México tiene regiones con condiciones favorables para la presencia de corrientes marinas intensas.

El panorama mexicano

En México existe uno de los pocos grupos multidisciplinarios de investigación para el desarrollo de tecnologías proveedoras de energía eléctrica a partir de los océanos que rodean al país. Desde 2017, científicos mexicanos, en coordinación con organismos públicos e iniciativa privada, incluyendo el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), evalúan la capacidad de generación de energía eléctrica a través del aprovechamiento de las corrientes marinas.

Este eje de estudio lo dirige el Centro Mexicano de Innovación en Energía Océano (Cemie-Océano), núcleo multidisciplinario proveedor de investigación aplicada, desarrollo tecnológico e innovación, encaminado a la extracción de las diversas formas de energía del océano, su conversión y distribución. Dicho centro es encabezado por el Instituto de Ingeniería de la Universidad Autónoma de México, y cuenta con la participación de instituciones de educación superior, centros de investigación, empresas e instituciones de gobierno. Además, el Cemie-Océano forma parte del Programa de Colaboración Tecnológica para los Sistemas de Energía Oceánica (OES, por sus siglas en inglés) que pretende, junto a otros 24 países afiliados, invertir en el impulso local de investigación y desarrollo de tecnologías de vanguardia que promuevan el desarrollo de energías limpias.

Golfo de California y el Caribe

México tiene regiones con condiciones favorables para la presencia de corrientes marinas intensas y una variación significativa de rangos de marea factibles de ser aprovechados como una fuente alterna de energías renovables.

Mapeo de corrientes oceánicas 1993 -2012. Fuente CEMIE.

En este contexto, el Cemie-Océano ha identificado el golfo de California y el mar Caribe como dos sitios clave en México para el desarrollo de investigación y aplicación de tecnologías para el aprovechamiento de las corrientes oceánicas como fuentes de energía, pues se ha descrito que un área de agua moviéndose a 20 kilómetros por hora ejerce la misma fuerza que un viento de 176 kilómetros por hora, lo que representa un alto potencial energético para las corrientes oceánicas.

Mario Rebolledo Vieyra, investigador asociado del Departamento de Recursos del Mar del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional, unidad Mérida, y miembro del grupo de investigación del Cemie-Océano, en entrevista para la Agencia Informativa Conacyt, puntualizó: “En el mar Caribe se pretende realizar el modelado numérico de las corrientes submarinas a partir del estudio de la geomorfología del canal de Cozumel, que produzca la información necesaria para el diseño e instalación de turbinas generadoras de energía. Cabe destacar la importancia de considerar en estas modelaciones numéricas y en el diseño de los artefactos, la presencia y ubicación de arrecifes de coral, la biodiversidad estacionaria y migratoria, así como el tráfico de embarcaciones marinas”.

A partir de estudios de batimetría, se genera actualmente un mapa topográfico del fondo marino en cada uno de los sitios donde se pretende instalar los generadores de energía. Estos estudios proveen datos de gran valor para tomar en cuenta en el diseño de los artefactos como, entre otras cosas, la profundidad ideal para la instalación de las turbinas, la capacidad necesaria de los motores y la prevención de escenarios por la temporalidad dinámica de las corrientes en cada sitio.

Los desafíos por superar

Actualmente, se trabaja en los estudios necesarios para la modelación de las corrientes que permitan diseñar los generadores adaptados a las condiciones de cada sitio, tanto en el golfo de California como en el mar Caribe. Lo que se busca para el diseño de los generadores es una óptima fiabilidad y el rendimiento de los artefactos para disminuir los costos de mantenimiento y garantizar una operación constante; una reducción de costos de producción y mantenimiento para asegurar que la tecnología a implementar sea competitiva comercialmente.

Los principales desafíos a los que se enfrentan los prototipos desarrollados para la generación de energía oceánica son evitar la cavitación o turbulencia, prevenir la incrustación de organismos marinos y la corrosión de los materiales, así como la optimización de un diseño que favorezca el rendimiento y pueda ser manufacturado en un despliegue comercial pasando de uno a múltiples dispositivos generadores en un mismo sitio.

Fuentes:
http://www.conacytprensa.mx/index.php/tecnologia/energia/21198-energia-oceanica-generacion-electricidad-mexico y
https://cemieoceano.mx/