Los resultados de un trabajo doctoral de doble titulación entre la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) y la Universidad de Coblenza y Landau (Alemania) dan luces sobre la dinámica de los principales gases de efecto invernadero (GEI) en los embalses tropicales de montaña. El estudio permite contemplar estas aguas como una fuente de metano, el principal componente del gas natural, una posibilidad para dejar de depender de los combustibles fósiles y buscar otras formas de energía eléctrica.
4 de mayo de 2023
Andrea Peñaloza Acosta | Periodista Unimedios- Sede Palmira
Embalse Porce III (Antioquia), en donde se tomaron las muestras para la investigación.
Hace apenas una década que las aguas continentales, o cuerpos de agua dulce –como ríos, lagos, lagunas, arroyos y humedales– se reconocieron en el mundo como fuentes naturales de GEI, entre los que se cuentan el dióxido de carbono (CO2), el metano (CH4), el óxido nitroso (N2O) y los compuestos clorofluorocarbonados (CFC).
Según estimaciones, los embalses pueden aportar entre el 1 y 7% del metano de origen producido por el hombre a la atmósfera; no obstante, estas infraestructuras aún no se incluyen en los balances mundiales y regionales de carbono terrestre para elaborar los informes y monitoreos.
En la actualidad, los embalses hidroeléctricos ubicados en zonas tropicales poseen los mayores flujos de gases durante todo el año en comparación con los embalses de zonas boreales y templadas, lo cual obedece a las altas temperaturas que estimulan la actividad microbiana. A pesar de la magnitud del problema –y al mismo tiempo de oportunidad–, las zonas tropicales montañosas de gran desarrollo hidroeléctrico han sido escasamente estudiadas en el mundo.
Entender la dinámica de los principales GEI en los embalses tropicales de montaña fue el objetivo del trabajo doctoral de la ingeniera Eliana Bohórquez Bedoya, del Grupo de Investigación Posgrado en Aprovechamiento de Recursos Hidráulicos de la UNAL, con doble titulación de la Universidad de Coblenza y Landau (Alemania). La investigación se adelantó en el embalse Porce III –ubicado en Antioquia y administrado por Empresas Públicas de Medellín (EPM)–, dedicado a la producción hidroeléctrica. Para desarrollar el estudio, los investigadores recolectaron las muestras durante seis campañas de campo en los Andes colombianos.
En algunas campañas los investigadores utilizaron dos lanchas, en una hacían mediciones de gases y en la otra mediciones físicas de turbulencia y velocidad del viento.
¿De qué se trata?
Los embalses que se alimentan de ríos y lagos para proporcionar energía hidroeléctrica o potabilizar el agua para consumo humano y riego agrícola –o en algunos casos multipropósito– pueden ser altos emisores de GEI; sin embargo, no todos son grandes productores, de ahí la importancia de investigar todas las variables asociadas con este fenómeno.
Típicamente el metano, principal componente del gas natural, proviene de fuentes no renovables. Sin embargo, hay también fuentes renovables, dado que es un gas que se produce por procesos biológicos que permiten la descomposición de materia orgánica de forma rápida.
En los embalses se produce en lo más profundo de los sedimentos, pero es debido a los procesos físicos que esos gases alcanzan la superficie y se emiten a la atmósfera. Por eso el objetivo del estudio fue analizar la influencia de esos procesos físicos sobre las emisiones.
La principal conclusión de la investigación es que sí existe una interacción determinante en la producción de emisiones de los principales gases de efecto invernadero, entre los factores físicos y biológicos del embalse.
“Lo que hace el viento –o algún forzante físico– es poner la superficie turbulenta, por lo que el proceso de emisiones se acelera, mientras que si el agua está muy quieta y hay una alta radiación solar, el gas tiende a quedarse por más tiempo en el agua, lo que sirve para mejorar a futuro las predicciones de las emisiones de los GEI”, explica la ingeniera Bohórquez.
En la actualidad, los investigadores desarrollan experimentos en laboratorio para determinar qué otros forzantes, además de la velocidad del viento, pueden acelerar el proceso de emisión en la zona del embalse.
También exploran el metano confinado en la columna de agua con la empresa europea Bluemethane, iniciativa del ingeniero mecánico y emprendedor colombiano Néstor Rueda Vallejo, que busca producir energía adicional a la que produce el embalse hidroeléctrico en esta zona del país. “Al capturar el metano se reduce el impacto ambiental que este genera, pues es 34 veces más efectivo que el CO2 para retener el calor, lo que incrementa el efecto invernadero”, manifestó el ingeniero.
Con cámaras flotantes, los investigadores tomaron muestras de flujos de dióxido de carbono y metano que luego fueron analizadas por cromatografía en el Laboratorio de la UNAL Sede Palmira.
Además del metano midieron el CO2, que en términos de volumen es el gas que más impacta en el cambio climático y está ligado fundamentalmente a la quema de combustibles fósiles como el carbón, el petróleo y el gas.
Durante las horas diurnas los investigadores observaron gran variabilidad y alternancia entre las emisiones y la absorción de CO2 en la superficie del agua: entre las 10:00 a.m. y las 5:00 p.m. este actúa de manera predominante como capturador, y el resto del día como emisor de CO2 a la atmósfera.
¿El metano sería una oportunidad para la producción energética?
Para la investigadora Bohórquez, “en un escenario de transición energética esta es una posible alternativa que le permitiría al país dejar de depender de los combustibles fósiles y buscar otras fuentes de energía eléctrica, para lo cual la hidroeléctrica con una alta fuente de metano aparece como una gran opción”.
“Tenemos suficientes recursos hidráulicos para hacer proyectos hidroeléctricos, pero no podemos desconocer las dinámicas asociadas con el cambio climático que provienen de centrales hidroeléctricas. Es necesario estudiar todo para hacer un balance y generar una política integral en la que se compensen o mitiguen estas emisiones”, indicó la candidata a doctora.
Algunos ejemplos de fuentes de metano son las plantas de tratamiento de aguas residuales, los rellenos sanitarios y los biodigestores.
En el punto cercano a la presa se tomaron muestreos durante mañana, tarde y noche para entender cómo es el comportamiento de los gases disueltos en el agua en toda la columna y en la superficie.
¿Cómo se desarrolló la investigación?
El estudio fue supervisado por los profesores Juan Gabriel León Hernández, de la Facultad de Ingeniería y Administración de la UNAL Sede Palmira; Andrés Gómez, de la Facultad de Minas de la UNAL Sede Medellín, y Andreas Lorke, de la Universidad de Coblenza y Landau (Alemania).
“La relevancia es netamente científica. En los balances globales de carbono estaban subestimando las emisiones de estos hidro sistemas”, indicó el profesor Juan Gabriel León al referirse al propósito de la investigación.
A pesar de que todavía no hay un panorama claro en las estimaciones de concentración de GEI en embalses ni de sus emisiones a la atmósfera, el profesor Andrés Gómez considera que “entender los procesos físicos en embalses tropicales contribuye a acercarnos a la conceptualización de la interacción entre todos los procesos y a una modelación o estimación de las concentraciones y emisiones de gases con una menor incertidumbre”.
Imágenes del montaje experimental en la torre de secado de mangueras (de unos 20 m de altura) del Cuerpo Municipal de Bomberos de Landau (Alemania), en la que también se realizaron los experimentos.
A partir del estudio y en experimentos de laboratorio, el Grupo de Investigación logró un modelo para la velocidad de transferencia de gases, lo que contribuirá a predecir las emisiones de CO2 y metano a partir de la velocidad del viento (de los datos de campo) y uno para intensidad de la lluvia (de los resultados de los experimentos hechos en Alemania), modelación que puede tener aplicabilidad en aguas continentales en general.
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