8.3: El nexo agua-energía
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El agua es un ingrediente crucial para desarrollar y producir energía, una porción de la cual luego se usa para generar electricidad. La mayor parte de la electricidad en Estados Unidos se produce utilizando turbinas de vapor. Una turbina convierte la energía cinética de un fluido en movimiento (líquido o gas) en energía mecánica. En una turbina de vapor, el vapor es forzado contra una serie de palas montadas en un eje. El vapor hace girar el eje conectado al generador. El generador, a su vez, convierte su energía mecánica en energía eléctrica basada en la relación entre magnetismo y electricidad. En las turbinas de vapor que funcionan con combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural), el combustible se quema en un horno para calentar agua en una caldera para producir vapor. Las fuentes de energía en Estados Unidos para la generación de energía se resumen en este gráfico.
Crédito: Administración de Información Energética de Estados Unidos, Energía Eléctrica Mensual (Febrero 2016). Datos preliminares para 2015
Obsérvese que para generar energía se utilizan cantidades casi iguales de gas natural y carbón y que los combustibles fósiles representan 67% de las fuentes utilizadas. La siguiente imagen muestra el agua de refrigeración que sale de una planta de energía nuclear en Pensilvania.
La electricidad se utiliza a su vez para bombear y tratar el agua de fuentes superficiales o acuíferos y luego para tratar las aguas residuales resultantes, creando así esta interdependencia conocida como nexo agua-energía. El Departamento de Energía de Estados Unidos realizó recientemente un estudio titulado The Water-Energy Nexus: Challenges and Opportunities, un resumen del cual se puede leer aquí.
Ejercicio 3-1
Lea este resumen y examine el diagrama “Sankey” que se encuentra en el resumen (Figura 6). Un enlace para el diagrama de Sankey está aquí. ¿Cuánta agua se retira para la generación de energía termoeléctrica?
Las fuentes de energía contenidas en los yacimientos de petróleo y gas requieren agua para extraer y procesar estos hidrocarburos. Esto es especialmente cierto en reservorios no convencionales como las lutitas u otros reservorios “apretados” (baja permeabilidad), donde pueden ser necesarios varios millones de galones para fracturar hidráulicamente el esquisto y permitir que los hidrocarburos fluyan fuera del reservorio hacia el pozo de petróleo o gas. Si bien todas las fuentes de combustible utilizan cierto volumen de agua para la producción, algunas formas de combustible son claramente más eficientes en el agua por millón de Unidades Térmicas Británicas (MMBTU) como se resume en la siguiente tabla
|
Recurso Energético |
Galones de agua utilizados por MMBTU 1 |
|
Gas Natural de Esquisto Profundo |
0.84 - 3.70 2 |
|
Carbón (sin transporte de lodo) |
2 - 8 |
|
Nuclear |
8 - 14 |
|
Aceite Convencional |
8 — 20 3 |
|
Synfuel - Gasificación de Carbón |
11 - 26 |
|
Esquisto bituminoso |
22 - 56 |
|
Arenas de Tar |
27-68 |
|
Recuperación Mejorada de Petróleo (EOR) |
21-2,500 |
|
Biocombustibles |
>2,500 |
- Fuente: “Gas natural de esquisto profundo: abundante, asequible y eficiente en agua sin gas”, GWPC, 2010.
- El transporte de gas natural puede sumar hasta dos galones por MMBTU.
- Incluye refinación que consume una porción mayor (90%) del agua necesaria (7-18 gal por MMBtu).
Ejercicio 3-2
¿Qué fuente de combustible es más eficiente en el agua por MMBTUs de energía producida en la tabla anterior?