Recursos geotérmicos de alta entalpía para la generación de energía eléctrica

Recursos geotérmicos de alta entalpía para la generación de energía eléctrica

Nota Conde geotermia

Por Alejandro Conde Serra y Carlos Gabriel Asato

Introducción

La energía geotérmica es producida por el calor que proviene de las profundidades de la Tierra, es decir, que si cavamos un pozo profundo apreciaremos que la temperatura aumenta a medida que descendemos por él. En un caso normal ese aumento de temperatura estará en el orden de los 25 a 30 °C por km. Puede darse el caso que el aumento de temperatura con la profundidad (el gradiente geotérmico) sea mucho mayor que el normal, como por ejemplo de 50 a 70 °C por km en Río Hondo, Provincia de Santiago del Estero (Miró, 2006). Las regiones donde el gradiente de temperatura es mayor que el normal tienen el potencial de contar con una temperatura suficiente para generar energía eléctrica limpia y renovable.

Normalmente, la transformación de la energía geotérmica en energía eléctrica requiere de la construcción de centrales que pueden tomar el agua de acuíferos sobrecalentados en profundidad (FIGURAS 1 y 2), por ejemplo, a temperaturas entre 90 a 300 °C, y bombear el fluido acuoso o el vapor a un intercambiador de calor que envía esa energía a la turbina que genera electricidad. Luego, el agua o el vapor se enfrían y son inyectados nuevamente al acuífero para permitir que se vuelvan a calentar y así volverse a aprovechar el calor dentro de un ciclo cerrado.

FIGURA 1. Esquema de generación de energía eléctrica utilizando energía geotérmica

FIGURA 1 Conde Serra
Fuente: wikipedia.

La energía geotérmica (entalpía), cuando cuenta con suficiente capacidad como para mover una turbina electromotriz, es considerada renovable no convencional de origen natural, autóctona, constante y de base (24 horas por 7 días semanales). La particularidad de la misma con respecto a otros tipos de energías verdes, como la eólica y la solar, es que sobre ella no inciden los cambios climáticos estacionales (tales como nubosidad, lluvia o fuerza del viento) para alcanzar una constante producción de energía eléctrica. Se suma que actualmente las modernas usinas garantizan emisión cero de carbono y de volátiles, además de constituirse en instalaciones con bajo impacto visual y auditivo. Son 29 las naciones del mundo que cuentan con recursos geotérmicos y suman su aprovechamiento frente a las otras energías renovables convencionales. Son países que han fijado políticas públicas para estimular su desarrollo sistemático a lo largo del tiempo y resolver parcialmente sus necesidades energéticas, a su vez de mostrar una firme contribución por mitigar el cambio climático del planeta.

En orden de capacidad instalada de generación eléctrica, los diez países más destacados (Richter, 2023) son: Estados Unidos de América con 3.794 MWe, Indonesia con 2.356 MWe, Filipinas con 1.935 MWe, Turquía con 1.682 MWe, Nueva Zelanda con 1.037 MWe, México 963 MWe, Italia, 944 MWe, Kenia 944, Groenlandia 754 MWe, Japón 621 MWe y otros 1097 MWe.

FIGURA 2. Planta de generación eléctrica por energía geotérmica 143 MW, empresa Ormat, en Lander, Nevada (USA)

FIGURA 1 Clementi
Fuente: Ormat.

FIGURA 3. Principales sistemas geotermales de la República Argentina


Fuente: elaborado por el IGN en base a datos del SEGEMAR.

La República Argentina se ubica en el contexto mundial con un potencial geotérmico suficiente como para ocupar un puesto sobresaliente en Sudamérica y el mundo. Es decir, un marco geológico con condiciones de almacenar calor y fluidos suficientes para la instalación de numerosas plantas a lo largo de gran parte de su territorio (FIGURA 3). Se estima que habría condiciones para generar unos 2.000 MWe (Conde Serra et al., 2021).

El marco legal con el que cuenta el país para la exploración y explotación de los recursos geotérmicos es significativamente favorable. Al respecto, están considerados por el Código de Minería de la Nación y sus extensiones en la legislación minera de las provincias, reales propietarias del recurso, como un mineral de primera categoría, al igual que los metales preciosos. Con ello, el tratamiento de concesión y dominio preferencial por sobre otros minerales se constituye en una ventaja diferencial. Se suma que la explotación de los recursos geotérmicos se encuentra favorecida por la Ley de Promoción a las Inversiones Mineras 24.196, que mitiga de alguna manera los riesgos en la inversión en exploración y provee un marco regulatorio claro en lo que compete a la temática ambiental a partir de la Ley de Protección del Medio Ambiente 24.585 (a saber, la primera ley dictada a ese fin en Argentina).

Por otra parte, una vez que el emprendimiento ingresa a la fase de producción eléctrica, le cabe la Ley de Promoción a las Energías Renovables Nº 27.191. Entonces ¿qué falta para la puesta en marcha de la energía geotérmica en el país con todo este marco propicio? Fundamentalmente, una definida política de Estado, firme y sustentable en el tiempo, que garantice las inversiones, como lo han hecho otros países en condiciones geopolíticas complejas como Turquía, Filipinas y Kenia. Se destaca Turquía, que en 10 años tuvo un crecimiento de su capacidad instalada en un 300% (Richter, 2019) y también Kenia, que en 8 años ha alcanzado un desarrollo de su capacidad de generación eléctrica que la ubica entre las diez más importantes del mundo en generación geotermoeléctrica. Asimismo, ambos países son el foco de inversión privada en geotermia de alta entalpía más importante del mundo. En otra escala, los países de Centroamérica ya son un ejemplo tradicional de política pública aplicada al desarrollo de la geotermia desde los años 70, a saber: México, Nicaragua, Honduras, Costa Rica, Guatemala y El Salvador.

FIGURA 4. Exploración en campo geotermal Caldera Cerro Blanco, Catamarca

FIGURA 4 Conde Serra
Fuente: fotografía de Alejandro Conde Serra.




El Servicio Geológico Minero Argentino (SEGEMAR) ha identificado al momento 18 prospectos y proyectos en sus distintos estados de avance de conocimiento señalados como potenciales campos geotérmicos con posibilidades de generar electricidad (FIGURA 3 y 4). Su presencia está fundamentalmente asociada al arco magmático en territorio argentino, en donde la fuente de calor está garantizada a través de volcanes con sus cámaras activas y un cinturón orogénico con un fallamiento que permite el acceso al calor anómalo profundo.

Al respecto, en lo referente a la variedad de modelos de yacencia de sistemas geotermales sugerimos consultar la clasificación de Moeck (2014), aceptada por la International Geothermal Association, en la Argentina existen todos los ejemplos de campos geotermales de alta entalpía, salvo los casos petrotermales y de plutonismo reciente.

FIGURA 5. Prospectos geotérmicos reconocidos por el Servicio Geológico Minero Argentino

FIGURA 5 Conde Serra
Fuente: elaborado por el IGN con base en datos de SEGEMAR.

En lo concerniente a los estudios necesarios para alcanzar la factibilidad de proyectos, la Argentina cuenta con destacados geólogos, químicos, ingenieros y técnicos especializados en las todas las disciplinas de la investigación y desarrollo de la geotermia, incluyendo la generación. Provienen de una amplia variedad de institutos científicos y académicos que permanentemente publican sus resultados desde los años 1960 a la fecha. Sin embargo, siendo así, no hay planes de investigación y desarrollo sistemáticos enfocados en prospectos específicos que a un ritmo ininterrumpido puedan alcanzar etapas de factibilidad para su inclusión definitiva al crecimiento energético del país. No obstante, se hace mención de los proyectos geotérmicos Copahue y Domuyo de la provincia del Neuquén, en donde se ha obtenido el conocimiento pormenorizado y suficiente como para ser atractivos a la inversión de escala y así completar las etapas de la ingeniería de reservorio y puesta en marcha de plantas para su explotación.

En lo referente a las etapas de exploración, se enfoca específicamente a aplicar todas las disciplinas científicas coadyuvantes al conocimiento geológico en determinar los tres componentes fundamentales para la existencia de un yacimiento geotérmico, a saber: la presencia de una fuente de calor, evidencias de circulación de fluidos geotermales y la permeabilidad propia de la roca así como su entorno geológico apto para la circulación de los fluidos calientes y su entrampamiento. En ese sentido, los geólogos realizan, por ejemplo, relevamientos del territorio aplicando inicialmente técnicas de sensores remotos, que denoten los rasgos pertinentes al marco geológico que puedan ser favorables a la existencia de un recurso. Luego, validan estos resultados en el campo a través de trabajos de investigación en detalle que permiten confirmar que estas evidencias existen y contribuyen a determinar la existencia de un campo geotermal activo. Entre las disciplinas científicas que aportan al conocimiento de los sistemas geotermales, se encuentran la hidrogeología, la geoquímica, la vulcanología, la yacimientología hidrotermal, la geofísica, la geología estructural, la teleobservación y la geomática. Resuelto el descubrimiento y la definición de un Modelo Conceptual Geotérmico avanzado que incluye los blancos para diseñar programas de perforación exploratoria de alumbramiento, se ingresa en adelante a las fases de la ingeniería del reservorio, con el análisis de su dinámica (no hay que olvidar que se está tratando con fluidos que contienen agua sobrecalentada, vapor, gases) y la ingeniería industrial necesaria para la extracción y alimentación de una planta.

En lo referente a las plantas, están concebidas para tratar con los fluidos geotérmicos que ingresan a alta temperatura, con soluciones ácidas o alcalinas y una presión significativa (inyección) que van a realizar el trabajo de girar turbinas de generación eléctrica. No obstante, hoy en día se utilizan nuevos conceptos de generación geotermoeléctrica específicamente aquellos en donde se utilizan intercambiadores de calor según la nueva modalidad de plantas ORC (Organic Rankine Cycle ¹). El fluido geotérmico no entra en contacto directo con las aspas de las turbinas. El trabajo de giro lo ejecuta un fluido orgánico altamente volátil con umbrales de temperatura de expansión que comienzan desde los 110 °C (a veces por debajo de la temperatura de los fluidos geotérmicos). En el flujo de trabajo de la planta se concibe el proceso de enfriado de todos los fluidos participantes desde el orgánico para su recicle hasta el geotérmico para su reinyección al subsuelo (el sistema geotermal es aprovechado en un circuito cerrado, no hay pérdidas).

Otra razón por la cual la Argentina se consagraría como un país ideal para el desarrollo de la geotermia como energía renovable es que cuenta con toda la industria de apoyo a la producción. Desde un principio, ya dispone del equipamiento adecuado de perforación profunda, el mismo que se emplea en la exploración y explotación de hidrocarburos no convencionales. De hecho, participan de dicha actividad, con base en la provincia del Neuquén, empresas con alta experiencia, conocimiento en la materia y presencia internacional en la industria geotérmica. Sumado a todo lo dicho, en nuestro país se fabrica todo lo concerniente al equipamiento de una usina termoeléctica e, incluso, los vaporductos, tendidos de transmisión y subestaciones. Lo único que no se manufactura en Argentina son las turbinas, pero toda la infraestructura y sistemas de control y automatización de una planta se producen en el país.
En lo que se refiere al mercado de consumo, la oportunidad se presenta para regiones alejadas de las líneas eléctricas troncales, pero en donde se están llevando adelante emprendimientos mineros de escala mundial, como los nuevos asentamientos poblacionales en la cordillera y la Puna. Cabe mencionar que la metalogenia del mineral de litio en la Puna procede de campos geotermales que son fuente de lixiviación y suministro de este valioso mineral energético. Se está evaluando empresarialmente las posibilidades de una coexplotación de ambos recursos y la autogeneración de energía eléctrica y calórica para los procesos de concentración de litio.

Por último, se tiene presente la misión de seguir bregando por elevar al conocimiento público la oportunidad de aprovechar esta importante energía no convencional a través de los ámbitos académicos, científicos, técnicos y para su inserción definitiva, en los estamentos gubernamentales que fijan las políticas de crecimiento del país.

Notas

¹ El Organic Rankine Cycle es un ciclo termodinámico que tiene como objetivo la conversión de calor en trabajo, el cual utiliza un fluido de trabajo orgánico con un cambio de fase líquido a vapor o punto de ebullición que tiene lugar a temperaturas más bajas que el cambio de fase de agua a vapor.

Bibliografía

  • Conde Serra, A., Johanis, P.E. (2021). Geotermia en Argentina: Estado, Áreas de Interés, Potencial. Servicio Geológico Minero Argentino.
  • Miró, R. (2006). Los acuíferos termales de la región de Río Hondo, Santiago del Estero y Tucumán, Argentina; su potencial geotérmico. (Tomo 1, 185-198).
  • Moeck, I.S. (2014). Catalog of geothermal play types based on geologic controls. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 37, 867-882.
  • Richter, A. (2019). Turkey targets 2,000 MW geothermal power generation capacity by 2020. ThinkGeoEnergy https://www.thinkgeoenergy.com/turkey-targets-2000-mw-geothermal-power-g...
  • Richter, A. (2023).ThinkGeoEnergy’s Top 10 Geothermal Countries 2022 – Power Generation Capacity (MW). ThinkGeoEnergy. https://www.thinkgeoenergy.com/thinkgeoenergys-top-10-geothermal-countri...
  • Autores

    Alejandro Conde Serra. Licenciado en Ciencias Geológicas, Coordinador Científico del Área de Geotermia. Dirección de Recursos Geológicos Mineros, Instituto de Geología y Recursos Minerales, Servicio Geológico Minero Argentino (SEGEMAR). alejandro.conde@segemar.gov.ar

    Carlos Gabriel Asato. Licenciado en Ciencias Geológicas. Dirección de Recursos Geológicos Mineros, Instituto de Geología y Recursos Minerales, Servicio Geológico Minero Argentino (SEGEMAR). gabriel.asato@segemar.gov.ar