VII. LA GEOTERMIA: TETERA NATURAL

DESDE la Antig�edad, el ser humano ha usado las aguas termales con diversos fines. Son conocidos el ba�o turco o ham�n, el ba�o sauna y las termas romanas. En el caso de M�xico, el temascalli se utiliz� desde la �poca precolombina. Y �cu�ntas personas no han aprovechado los manantiales de aguas termales de Los Azufres o de Ixtapan de la Sal?

Las aguas termales, los g�ysers, los volcanes de lodo, las fumarolas y las erupciones volc�nicas son manifestaciones de un mismo fen�meno: el calor terrestre. Este calor proviene del n�cleo de la Tierra, que posee una temperatura aproximada de 4000�C y que est� constituido por un n�cleo externo de materia fluida y otro interno, s�lido, de hierro. Se puede afirmar que el origen del calor terrestre est� relacionado con la formaci�n de la Tierra. �ste proviene del calor generado por el n�cleo terrestre. La corteza act�a como una especie de aislante de las capas interiores (manto y n�cleo) y por otro lado, los elementos radiactivos, tales como potasio, uranio y torio, presentes principalmente en la corteza continental, contribuyen parcialmente en la generaci�n de calor por decaimiento radiactivo (10 microcalor�as/gramo/ a�o).

A partir del calor que produce nuestro planeta, la teor�a llamada tect�nica de placas explica los fen�menos geof�sicos que se presentan en la superficie, tales como sismos y volcanes, mediante el mecanismo que lleva el calor del interior a la superficie. La costra de nuestro planeta est� constituida de grandes placas de roca que se deslizan unas sobre otras. Generalmente una placa oce�nica se mete abajo de una continental, provocando fracturas en las rocas por donde pueden escapar gases y vapores de magma (s�lice (Si0₂) y minerales con hierro y magnesio), form�ndose burbujas magm�ticas que llegan a las proximidades de la superficie.

El agua que se ha filtrado por las fisuras de la corteza, a lo largo de a�os, y que se encuentra cerca de una c�mara magm�tica se ha calentado debido a que el foco de calor est� en contacto con una roca impermeable conductora y �sta ha transmitido el calor hasta una formaci�n rocosa permeable. En esta �ltima, el agua ha quedado atrapada, formando un acu�fero de agua caliente. Dicha formaci�n est� sellada en la parte superior por una capa de sales, que se han desprendido debido a que el agua filtrada disolvi� las sales al pasar por las rocas (v�ase la figura 28).

Figura 28. Dep�sito geot�rmico.

De esta forma, a profundidades que oscilan entre 0 y 10 km se puede encontrar un acu�fero, en el cual potencialmente puede haber agua caliente, vapor de agua o ambos.

La temperatura del suelo terrestre aumenta con la profundidad a una raz�n promedio de 30�C por kil�metro; sin embargo, las variaciones de la temperatura no son las mismas en todos los lugares de la Tierra.

La exploraci�n de yacimientos geot�rmicos permite localizar aquellos lugares en los que es posible encontrar agua o vapor a temperaturas elevadas y a profundidades cercanas a la superficie. Como la perforaci�n de un pozo geot�rmico potencial es muy costosa, se utilizan m�todos indirectos que permiten aproximarse poco a poco a las posibilidades del lugar en cuesti�n. Entre �stos podemos mencionar la obtenci�n de im�genes infrarrojas del lugar desde sat�lites y despu�s desde aviones, es decir, utilizando la t�cnica denominada percepci�n remota; el an�lisis qu�mico de muestras de roca; la medici�n directa de la temperatura con term�metros enterrados en el suelo; la creaci�n de un modelo geol�gico tridimensional del yacimiento; las mediciones de la resistividad el�ctrica del suelo y la densidad relativa de las rocas (gravimetr�a), y la reflexi�n y refracci�n de las ondas s�smicas, a partir de mediciones naturales o artificiales (con explosivos).

Una vez que se han agotado los m�todos indirectos se procede a la perforaci�n del pozo, que es similar a la de un pozo petrolero.

Los pozos geot�rmicos pueden ser de tres tipos: 1) vapor, 2) de l�quido (agua caliente) y 3) de una mezcla de vapor y l�quido. Los yacimientos geot�rmicos que contienen l�quido y vapor son los m�s dif�ciles de explotar, dado que el agua contiene sales disueltas y forma una mezcla llamada salmuera. �sta ocasiona grandes problemas de corrosi�n en las instalaciones geot�rmicas, que deben resolver los ingenieros geot�rmicos, si quieren que una planta sea duradera.

El funcionamiento de una central geot�rmica como la de Cerro Prieto, en Baja California Norte, que utiliza un ciclo binario (pues se emplea un ciclo para el vapor y otro para el agua) es como sigue:

Se explotan varios pozos geot�rmicos, de los que se obtiene agua caliente y vapor, que llegan a un separador. Posteriormente, mediante un proceso de centrifugaci�n se separa el vapor y el agua. El vapor de alta presi�n obtenido se env�a a una turbina especialmente dise�ada para trabajar con vapor geot�rmico (si se quiere generar la misma cantidad de electricidad las turbinas deben admitir un volumen mayor del que se requiere en una central convencional). La energ�a del vapor se transforma en energ�a cin�tica de rotaci�n en la turbina, que gira a miles de revoluciones por segundo. La turbina se une a trav�s de un eje, llamado rotor, a un generador capaz de producir energ�a el�ctrica.

Sin embargo, una vez que se ha utilizado el vapor, �ste pasa a un condensador, lo cual permite que la planta proporcione m�s potencia, en lugar de descargarlo a la atm�sfera. Del condensador se extraen los gases que no se pueden condensar y se eliminan a la atm�sfera (anh�drido carb�nico y �cido sulfh�drico); el agua obtenida del condensador se bombea para su utilizaci�n posterior.

A continuaci�n, el agua separada se conduce a otros separadores y evaporadores de baja presi�n, lo cual posibilita producir energ�a el�ctrica adicional. El agua de los condensadores pasa a una torre de enfriamiento y el calor obtenido en �sta se aprovecha para que trabajen los evaporadores (v�ase la figura 29).

Figura 29. Diagrama de una central geot�rmica. (Basado en esquema de Luis C. A. Guti�rrez Negrin.)

Por otro lado, el agua de desecho se env�a a una laguna, llamada de evaporaci�n, aunque tambi�n se puede tratar para obtener sustancias como �cido b�rico, gas carb�nico, agua pesada, cloruro de calcio, bicarbonato, sulfato de amonio y cloruro de potasio (este �ltimo se produce en Cerro Prieto y se usa como fertilizante). Tambi�n se puede usar en la pesca, dado que un dep�sito de agua caliente es adecuado para la crianza de peces. Sin embargo, en algunas centrales geot�rmicas el agua se reinyecta para evitar la contaminaci�n de algunos subproductos geot�rmicos.

La producci�n mundial de electricidad a trav�s de centrales geot�rmicas fue de 4 760 MW y nuestro pa�s contribuy� (en 1991) a esta cifra generando 620 MW en la planta de Cerro Prieto, y 80 MW en Los Azufres, Michoac�n. M�xico ocupa el tercer lugar en la producci�n de electricidad a partir de energ�a geot�rmica (primero est� EUA y despu�s Filipinas) y fue tambi�n el tercer pa�s que instal� una central geot�rmica en el mundo, la de Path�, en Hidalgo, que empez� a funcionar en 1959; sin embargo, como produc�a 150 kW y requer�a mucho mantenimiento, tuvo que pararse.

La primera central geot�rmica que se construy� fue la de Larderello, en Italia, y fue construida por Piero Ginori Conti, en 1904 (v�ase el recuadro 10). El segundo pa�s que instal� una central geot�rmica fue Nueva Zelanda.

Recuadro 10

El pr�ncipe de la geometr�a. "En 1884, el doctor Ferdinand Reynaut aliment� el vapor obtenido de los pozos a un cambiador de calor, en el que evapor� agua de un riachuelo pr�ximo y, con este vapor "limpio", hizo trabajar una m�quina de �mbolo de nueve caballos de fuerza. �sta fue la primera aplicaci�n geot�rmica a la generaci�n de potencia, en este caso, mec�nica, y aunque la instalaci�n no dur� mucho debido a la corrosi�n que sufri� el cambiador de calor, sirvi� para demostrar que era posible represionar un pozo geot�rmico sin que el vapor buscara otra salida, como se hab�a temido. En 1904, el pr�ncipe Piero Ginon Conti, que llegar�a a ser el presidente de la Societa Boracifera di Larderello, repiti� el experimento, pero esta vez alimentando directamente vapor geot�rmico, de varias atm�sferas, a una peque�a m�quina de 3/4 de caballo que accionaba un generador de corriente directa. La electricidad as� producida se us� en la iluminaci�n de la planta de Larderello y �sa fue la primera aplicaci�n geotermoel�ctrica de la historia." JOS� LUIS HERN�NDEZ GAL�N, La energ�a de la Tierra, CECSA, M�xico.

La temperatura promedio del agua o vapor geot�rmicos est� entre 150 y 340�C, aunque con temperaturas menores tambi�n puede aprovecharse la energ�a geot�rmica. Las profundidades a las que se encuentra un pozo geot�rmico oscilan entre 200 y 3500 m. La eficiencia real de una planta geot�rmica es de 11 a 13%; y la duraci�n promedio de un pozo geot�rmico es de 10 a�os.