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Energía

En el fondo de los lagos

El metano acumulado en las centrales hidroeléctricas puede generar más energía eléctrica

Un equipo de investigadores del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (INPE, su sigla en portugués), con sede en la localidad de São José de los Campos, en São Paulo, ha creado un sistema para capturar el metano acumulado en los depósitos de centrales hidroeléctricas y con él producir energía eléctrica. Estimaciones del grupo apuntan que, juntas, todas las represas del mundo emiten entre 18 y 24 millones de toneladas de metano por año, lo que correspondería a entre el 5% y el 7% de ese gas liberado en la atmósfera por todas las actividades humanas tales como, por ejemplo, el cultivo de arroz, los rellenos sanitarios, la minería de carbón, la extracción de petróleo o la ganadería. Junto con el dióxido de carbono (CO2), el gas metano (CH4) es uno de los principales villanos del efecto invernadero del planeta. El potencial de calentamiento del metano es entre 21 y 25 veces mayor que el del gas carbónico. Eso sucede porque, a pesar de tener un tiempo de vida menor que el CO2, la molécula de metano es más opaca que la del carbono a la radiación térmica, provocando un aprisionamiento mayor de calor en la superficie terrestre.

La solución de los investigadores brasileños podría elevar en 30% la capacidad productiva de las hidroeléctricas localizadas en la cuenca del río Amazonas. Las líderes en la emisión de metano son las construidas en áreas de selvas húmedas, como las brasileñas Tucuruí, Balbina y Samuel, y la Petit Saut, en la Guyana Francesa, todas ellas en la Amazonia. Solamente Tucuruí, la mayor de ellas, libera entre 700 mil y 1,2 millones de toneladas de metano por año. “Hay evidencias, aún sin comprobación científica, de que hay grandes existencias de metano en el fondo de Itaipú. Todavía nadie fue aún allá para medir, pero el gas tendría origen en los detritos lanzados en el lago por haciendas y granjas de cría de animales situadas en el entorno del depósito”, dice el investigador Fernando Manuel Ramos, del Laboratorio Asociado de Computación y Matemática Aplicada (LAC) del Inpe, autor del proyecto con otros tres colegas del instituto, Luís Antônio Waack Bambace, Ivan Bergier Tavares de Lima y Reinaldo Roberto Rosa.

El metano de los depósitos es producido principalmente por bacterias que participan del ciclo de descomposición subacuática del carbono existente en la materia orgánica remanente de la época de la formación de la represa o llevada, en la forma de sedimentos, por los ríos que desaguan en el depósito. El gas permanece disuelto en el agua, principalmente en las camadas más profundas del lago, y escapa para la atmósfera cuando pasa por las turbinas y por los vertederos de las centrales. “Es parecido como abrir una botella de refresco. El agua de la represa súbitamente pierde la presión y libera el gas, en el caso el metano, disuelto en ella”, dice Ramos.

Barrera física
La idea del grupo del Inpe para evitar que el metano llegue a la atmósfera es capturarlo aún en el fondo del lago. El primer paso es la colocación de una barrera física, en la forma de una gran membrana, para impedir que las turbinas de las hidroeléctricas, normalmente posicionadas de 40 a 60 metros de profundidad, succionen aguas ricas en metano. Esa membrana sería hecha con lona encerada usada en los camiones para protección de las cargas y anclada por pesos y estacas en el fondo de la represa. “Ella sería colocada en una distancia segura para que no sea succionada por las turbinas y sería fijada a boyas en la superficie que controlarían su posicionamiento y nivelación. Con esa barrera, el agua que entraría en las turbinas vendría de camadas superficiales de la represa, con menor concentración de metano”, explica Bambace.

Un sistema de tuberías conectado a bombas semejante a la aspiración de una piscina colectaría el agua rica en metano “aprisionada” en fundo de la represa y llevaría para balsas en la superficie, donde sería hecha la extracción del gas por un sistema de vaporización en ambiente fechado. Ese equipamiento reproduciría el mismo proceso que ocurre en la salida de las turbinas y en los vertederos de las centrales, cuando el gas es liberado por la formación del spray y burbujeo del agua. El agua tratada conteniendo metano residual volvería para el fondo de la represa por otro sistema de tuberías y el gas extraído sería utilizado para generación de energía. “El metano podría ser almacenado y transportado para una termoeléctrica cualquiera, pero lo mejor fuera que la generación de energía ocurriese en centrales junto a las hidroeléctricas para aprovechar las mismas líneas de transmisión”, dice Ramos. Así, el metano colectado será quemado en una turbina de gas, de forma semejante al kerosén en la turbina de un avión, para generación de energía eléctrica. El CO2 resultante de la quema del CH4 va para la atmósfera, pero no produce efecto invernadero adicional porque fue capturado anteriormente de esta misma atmósfera por la vegetación y otros organismos vivos del reservorio o su entorno.

Los investigadores del Inpe estiman que la construcción de un sistema para la captación de 1 millón de toneladas de metano por año exigiría inversiones del orden de los 100 millones de dólares. Esa cantidad de gas es suficiente para generar 1.780 megawatts (MW) de energía, la potencia de una hidroeléctrica de medio porte – para los efectos de comparación, Tucuruí I tiene 3.960 MW de potencia instalada. “La instalación de sistemas de aprovechamiento de metano en las centrales de Tucuruí, Balbina y Samuel, las tres mayores de la Amazonia, elevaría en 30% la capacidad productiva de ellas”, destaca Ramos. “Con eso, además de generar energía limpia y reducir una fuente del calentamiento global, aún contribuiríamos a reducir la presión por la construcción de nuevas hidroeléctricas en la región.”

Un largo camino
El trabajo del grupo fue publicado en la revista científica Energy, en junio. En estos momentos, los investigadores están intentando obtener financiación para construir el primer prototipo. Ellos estiman que el modelo experimental quedará listo en un año. La construcción de un sistema productivo, como, por ejemplo, en la represa Balbina, que tiene 250 MW de potencia instalada, llevaría entre tres y cuatro años para convertirse operacional. El grupo prevé que la barrera física instalada en el fondo del lago de Balbina tendría cerca de 850 metros de longitud por 25 metros de altura y costaría alrededor de 1 a 2 millones de reales. Ramos cree también que la lámina de agua libre, con cerca de 10 metros, será suficiente para que peces y otras especies acuáticas se muevan. Estudios específicos en las represas podrán evaluar cada detalle del impacto ambiental.

“Nadie produce aún energía en escala industrial a partir del metano encontrado en reservorios, pero hay un camino a ser recorrido para su madurez”, dice Ramos. Una importante etapa a ser cumplida es el análisis de las existencias de metano de los reservorios brasileños  y en el mundo, que puede ser hecho por sonda o por muestreo, con el análisis del agua del fondo del lago. Para que el sistema sea económicamente factible, explica Bambace, es necesario que la represa tenga concentraciones en el rango de 20 gramos de metano por metro cúbico de agua, nivel encontrado a 60 metros de profundidad en el lago de Tucuruí. “Es posible también que exista mucho metano en los reservorios de São Paulo, en función de la contaminación que ellos reciben de los ríos. Pero solamente con el análisis de las existencias sabremos el real potencial de la solución que estamos proponiendo.”

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