La generación de energía a partir de tecnologías alternativas es un campo en creciente expansión a nivel mundial y una necesidad ante la utilización de sistemas que producen emisiones de carbono y uso de combustibles fósiles que siguen contaminando atmósfera, agua y suelos.
Mapeo de corrientes oceanicas 1993 -2012. Fuente CEMIE.
A pesar del gran potencial que ofrecen las energías renovables, su participación en el mercado global ha sido limitada principalmente por la dependencia de ciertas economías de estado en el uso de combustibles fósiles, 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 con que se cuenta para ser aprovechados como fuentes de energía. Eficiencia, fiabilidad y bajo impacto ambiental son algunos de los criterios primordiales considerados para el desarrollo de dichas tecnologías.
Los océanos contienen 97 por ciento del agua presente en la Tierra y representan un recurso valioso para la generación de energías sustentables. Se consideran, principalmente, cinco fuentes de aprovechamiento de energía oceánica para la producción de electricidad: corrientes marinas, mareas, oleaje, gradientes térmicos y gradientes salinos. Estas fuentes no se encuentran distribuidas uniformemente en el mundo, por lo que cada región evalúa la disponibilidad de recursos y aprovechamiento. Aun así, la tendencia actual de explotación de energía oceánica se centra en la energía producida por las olas, mareas y corrientes.
De acuerdo con la Agencia Internacional de Energía (IEA, por sus siglas en inglés), para 2050 el aprovechamiento de la energía oceánica tendría un potencial para implementar más de 300 gigavatios de capacidad instalada a nivel mundial, lo que se puede traducir en un suministro de energía eléctrica, calefacción, refrigeración y producción de agua potable para comunidades costeras, más de 680 mil empleos directos y un ahorro de 500 millones de toneladas de emisiones de dióxido de carbono (CO2) a la atmósfera.
Energías limpias mexicanas
México se ha sumado a los esfuerzos globales de innovación energética, en particular al aprovechamiento de energía oceánica, al contar con uno de los pocos grupos multidisciplinarios de investigación para el desarrollo de tecnologías proveedoras de energía eléctrica a partir de los océanos circundantes.
Mario Rebolledo Vieyra, CINVESTAV IPN Unidad Mérida.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. Esta iniciativa es encabezada por el Centro Mexicano de Innovación en Energía Océano (Cemie-Océano), núcleo multidisciplinario proveedor de investigación aplicada, desarrollo tecnológico e innovación, orientado a la extracción de las diversas formas de energía del océano, su conversión y distribución.
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, la reducción de la dependencia energética de combustibles fósiles, la disminución de la emisión de gases de efecto invernadero y el fomento de un crecimiento sustentable que garantice la seguridad energética.
Aprovechamiento de corrientes oceánicas del golfo de California y el Caribe
Las condiciones oceanográficas de México presentan 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.
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.
En entrevista para la Agencia Informativa Conacyt, 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 (Cinvestav Mérida), y miembro del grupo de investigación del Cemie-Océano, subrayó la importancia de la existencia de un proyecto multidisciplinario que genere una masa crítica de información necesaria sobre las características y comportamiento de las corrientes oceánicas y que brinde las bases de conocimiento para el desarrollo de tecnologías productoras de energías limpias para comunidades costeras mexicanas.
“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”, compartió Rebolledo Vieyra.
Modelación numérica de las corrientes
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.
Adicionalmente, se generan perfiles de densidad de la columna de agua del mar y se utilizan sondas para perfiles de conductividad, temperatura y profundidad (CTD), permitiendo medir la conductividad eléctrica (salinidad) y generando un modelo en tercera dimensión que describe a detalle las condiciones y variabilidad de los sitios y sus corrientes marinas.
La corriente de Yucatán, frente a la costa de Quintana Roo, es una corriente que corre de sur a norte, de flujo significativo y altas velocidades. Por su orografía, Cozumel se comporta como un embudo que favorece el aumento de la velocidad de las corrientes, conformando el canal de Cozumel.
Modelo conceptual para instalacion de turbinas oceánicas en el Canal de Cozumel Fuente CEMIE. “Entre los principales retos para construir los modelos numéricos del sitio, enfrentamos la amplitud de escalas de medición. Por ejemplo, en el canal de Cozumel se trabaja desde los pocos centímetros hasta 400 metros, que es la parte más profunda del canal, por lo que combinar estas escalas con tecnologías adecuadas implica un desafío necesario que resolver. Además, el modelo numérico deberá ser lo suficientemente robusto para contener rangos amplios ante la variabilidad de aceleración y fuerza de las corrientes”, explicó Rebolledo Vieyra.
Además de la información necesaria para el diseño de las turbinas generadoras de energía, los modelos numéricos que se están produciendo a partir del estudio de estos sitios permitirán explorar otros ámbitos de investigación marina, como la posible existencia de paleoarrecifes, generar una reconstrucción geológica de la historia del área, determinar cambios del nivel del mar, información sobre paleoambientes y la historia tectónica de cada sitio.
Retos: diseño, fiabilidad y rendimiento
Al momento, 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.
Fuente: Agencia Informativa Conacyt