VII. LA GEOTERMIA: TETERA NATURAL

DESDE la Antigüedad, el ser humano ha usado las aguas termales con diversos fines. Son conocidos el baño turco o hamán, el baño sauna y las termas romanas. En el caso de México, el temascalli se utilizó desde la época precolombina. Y ¿cuántas personas no han aprovechado los manantiales de aguas termales de Los Azufres o de Ixtapan de la Sal?

Las aguas termales, los géysers, los volcanes de lodo, las fumarolas y las erupciones volcánicas son manifestaciones de un mismo fenómeno: el calor terrestre. Este calor proviene del núcleo de la Tierra, que posee una temperatura aproximada de 4000ºC y que está constituido por un núcleo externo de materia fluida y otro interno, sólido, de hierro. Se puede afirmar que el origen del calor terrestre está relacionado con la formación de la Tierra. Éste proviene del calor generado por el núcleo terrestre. La corteza actúa como una especie de aislante de las capas interiores (manto y núcleo) y por otro lado, los elementos radiactivos, tales como potasio, uranio y torio, presentes principalmente en la corteza continental, contribuyen parcialmente en la generación de calor por decaimiento radiactivo (10 microcalorías/gramo/ año).

A partir del calor que produce nuestro planeta, la teoría llamada tectónica de placas explica los fenómenos geofísicos 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 está constituida de grandes placas de roca que se deslizan unas sobre otras. Generalmente una placa oceánica se mete abajo de una continental, provocando fracturas en las rocas por donde pueden escapar gases y vapores de magma (sílice (Si0₂) y minerales con hierro y magnesio), formándose burbujas magmáticas que llegan a las proximidades de la superficie.

El agua que se ha filtrado por las fisuras de la corteza, a lo largo de años, y que se encuentra cerca de una cámara magmática se ha calentado debido a que el foco de calor está en contacto con una roca impermeable conductora y ésta ha transmitido el calor hasta una formación rocosa permeable. En esta última, el agua ha quedado atrapada, formando un acuífero de agua caliente. Dicha formación está sellada en la parte superior por una capa de sales, que se han desprendido debido a que el agua filtrada disolvió las sales al pasar por las rocas (véase la figura 28).

Figura 28. Depósito geotérmico.

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

La temperatura del suelo terrestre aumenta con la profundidad a una razón promedio de 30ºC por kilómetro; sin embargo, las variaciones de la temperatura no son las mismas en todos los lugares de la Tierra.

La exploración de yacimientos geotérmicos 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 perforación de un pozo geotérmico potencial es muy costosa, se utilizan métodos indirectos que permiten aproximarse poco a poco a las posibilidades del lugar en cuestión. Entre éstos podemos mencionar la obtención de imágenes infrarrojas del lugar desde satélites y después desde aviones, es decir, utilizando la técnica denominada percepción remota; el análisis químico de muestras de roca; la medición directa de la temperatura con termómetros enterrados en el suelo; la creación de un modelo geológico tridimensional del yacimiento; las mediciones de la resistividad eléctrica del suelo y la densidad relativa de las rocas (gravimetría), y la reflexión y refracción de las ondas sísmicas, a partir de mediciones naturales o artificiales (con explosivos).

Una vez que se han agotado los métodos indirectos se procede a la perforación del pozo, que es similar a la de un pozo petrolero.

Los pozos geotérmicos pueden ser de tres tipos: 1) vapor, 2) de líquido (agua caliente) y 3) de una mezcla de vapor y líquido. Los yacimientos geotérmicos que contienen líquido y vapor son los más difíciles de explotar, dado que el agua contiene sales disueltas y forma una mezcla llamada salmuera. Ésta ocasiona grandes problemas de corrosión en las instalaciones geotérmicas, que deben resolver los ingenieros geotérmicos, si quieren que una planta sea duradera.

El funcionamiento de una central geotérmica 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 geotérmicos, de los que se obtiene agua caliente y vapor, que llegan a un separador. Posteriormente, mediante un proceso de centrifugación se separa el vapor y el agua. El vapor de alta presión obtenido se envía a una turbina especialmente diseñada para trabajar con vapor geotérmico (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 energía del vapor se transforma en energía cinética de rotación en la turbina, que gira a miles de revoluciones por segundo. La turbina se une a través de un eje, llamado rotor, a un generador capaz de producir energía eléctrica.

Sin embargo, una vez que se ha utilizado el vapor, éste pasa a un condensador, lo cual permite que la planta proporcione más potencia, en lugar de descargarlo a la atmósfera. Del condensador se extraen los gases que no se pueden condensar y se eliminan a la atmósfera (anhídrido carbónico y ácido sulfhídrico); el agua obtenida del condensador se bombea para su utilización posterior.

A continuación, el agua separada se conduce a otros separadores y evaporadores de baja presión, lo cual posibilita producir energía eléctrica adicional. El agua de los condensadores pasa a una torre de enfriamiento y el calor obtenido en ésta se aprovecha para que trabajen los evaporadores (véase la figura 29).

Figura 29. Diagrama de una central geotérmica. (Basado en esquema de Luis C. A. Gutiérrez Negrin.)

Por otro lado, el agua de desecho se envía a una laguna, llamada de evaporación, aunque también se puede tratar para obtener sustancias como ácido bórico, gas carbónico, agua pesada, cloruro de calcio, bicarbonato, sulfato de amonio y cloruro de potasio (este último se produce en Cerro Prieto y se usa como fertilizante). También se puede usar en la pesca, dado que un depósito de agua caliente es adecuado para la crianza de peces. Sin embargo, en algunas centrales geotérmicas el agua se reinyecta para evitar la contaminación de algunos subproductos geotérmicos.

La producción mundial de electricidad a través de centrales geotérmicas fue de 4 760 MW y nuestro país contribuyó (en 1991) a esta cifra generando 620 MW en la planta de Cerro Prieto, y 80 MW en Los Azufres, Michoacán. México ocupa el tercer lugar en la producción de electricidad a partir de energía geotérmica (primero está EUA y después Filipinas) y fue también el tercer país que instaló una central geotérmica en el mundo, la de Pathé, en Hidalgo, que empezó a funcionar en 1959; sin embargo, como producía 150 kW y requería mucho mantenimiento, tuvo que pararse.

La primera central geotérmica que se construyó fue la de Larderello, en Italia, y fue construida por Piero Ginori Conti, en 1904 (véase el recuadro 10). El segundo país que instaló una central geotérmica fue Nueva Zelanda.

Recuadro 10

El príncipe de la geometría. "En 1884, el doctor Ferdinand Reynaut alimentó el vapor obtenido de los pozos a un cambiador de calor, en el que evaporó agua de un riachuelo próximo y, con este vapor "limpio", hizo trabajar una máquina de émbolo de nueve caballos de fuerza. Ésta fue la primera aplicación geotérmica a la generación de potencia, en este caso, mecánica, y aunque la instalación no duró mucho debido a la corrosión que sufrió el cambiador de calor, sirvió para demostrar que era posible represionar un pozo geotérmico sin que el vapor buscara otra salida, como se había temido. En 1904, el príncipe Piero Ginon Conti, que llegaría a ser el presidente de la Societa Boracifera di Larderello, repitió el experimento, pero esta vez alimentando directamente vapor geotérmico, de varias atmósferas, a una pequeña máquina de 3/4 de caballo que accionaba un generador de corriente directa. La electricidad así producida se usó en la iluminación de la planta de Larderello y ésa fue la primera aplicación geotermoeléctrica de la historia." JOSÉ LUIS HERNÁNDEZ GALÁN, La energía de la Tierra, CECSA, México.

La temperatura promedio del agua o vapor geotérmicos está entre 150 y 340ºC, aunque con temperaturas menores también puede aprovecharse la energía geotérmica. Las profundidades a las que se encuentra un pozo geotérmico oscilan entre 200 y 3500 m. La eficiencia real de una planta geotérmica es de 11 a 13%; y la duración promedio de un pozo geotérmico es de 10 años.