Desarrollo sostenible y evaluación del impacto ambiental de tres yacimientos geotérmicos con potencial de explotación en México

Número de proyecto

P25

Título de proyecto

Desarrollo sostenible y evaluación del impacto ambiental de tres yacimientos geotérmicos con potencial de explotación en México

Tipo de proyecto

Estratégico

Línea de investigación

Desarrollos tecnológicos para explotación

Responsable de proyecto

Zayre Ivonne González Acevedo

Institución

Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, CICESE

Antecedentes y justificación

La energía geotérmica o geotermia es el uso de la energía térmica que emerge desde el interior de la corteza terrestre hasta la superficie a través de roca y/o fluidos. Esta energía se presenta en la superficie con aguas termales, géiseres, fumarolas y volcanes. El calor geotérmico no es una energía sin fin, ya que el calor se extrae del yacimiento a través de convección y tiene que ser reinyectado por conducción.

Los términos sostenible y renovable, a menudo se confunden. La definición original de la sostenibilidad se remonta a la Comisión Mundial de Bruntland de 1987, reforzado en las cumbres de Río 1991 y Kioto 1997 y que dice: ''Satisfacción de las necesidades de la generación presente sin comprometer las necesidades de las generaciones futuras''. Con respecto a la energía geotérmica, la sostenibilidad significa la capacidad del sistema de producir para mantener los niveles de producción durante largos períodos (de cientos de años).

Para considerar el recurso geotérmico como fuente renovable de energía, la extracción no debe superar nunca la recarga natural de agua en el acuífero [Ungemach et al., 2005]. Si la intensificación de las tasas de producción exceden la tasa de recarga, finalmente, conducirán al agotamiento de losrecursos. Cualquier producción equilibrada de fluido/calor en un esquema de utilización de la energía geotérmica, es decir, que no se produzca más de la recarga natural, puede ser considerado como totalmente renovable [Stefansson, 2000]. Por lo tanto, renovable se refiere a la naturaleza de los recursos y la sostenibilidad de la forma en que se utiliza.

En el mundo los recursos geotérmicos son del tipo de baja entalpía; algunos de ellos son dominantes en vapor seco. La mayoría de ellos utilizan reinyección en sus procesos, como reservorios de vapor de alta entalpía y/o dominados por el agua, lo que ayuda a mantener o restablecer la presión del yacimiento. El fluido es reinyectado normalmente más frío, lo que conduce a un decremento de la temperatura en grandes volúmenes del yacimiento. La extracción de calor y/o fluido geotérmico crea un sumidero de calor hidráulico en el yacimiento, este genera un influjo de calor y fluido, para reestablecer el estado de pre-producción [Rybach, 2003].

En el caso de un depósito de alta entalpía (utilizado para la generación de electricidad), la recuperación, para ser totalmente adecuada,se llevará unos pocos cientos de años, dependiendo de las condiciones locales de recarga. En un sistema doble (calefacción urbana), la recuperación tardará 100 -200 años [Mégel y Rybach, 2000]. En un sistema de bomba de calor superficial descentralizada, en el modo de calefacción independiente, el tiempo de recuperación es igual a más o menos la longitud de la producción (por ejemplo, la recuperación de la práctica en 30 años después de un período de 30 años de producción). En las bombas de calor geotérmicas en el modo de calefacción/refrigeración, la recuperación tiene lugar durante el ciclo anual.

El desarrollo sostenible se basa en tres aspectos principales: social, económico y ambiental. Sin embargo, las instituciones internacionales de energía [de la OCDE/IEA, 2001; OCDE/IEA, 2002; IAEA, 2001] y las organizaciones multilaterales[IAEA, 2005] consideran que el aspecto económico es más importante que el social y el ambiental, bajo el argumento de que el crecimiento económico mejora los aspectos sociales y ambientales. Por lo tanto, los indicadores de sostenibilidad procedentes de estas instituciones se basan únicamente en la productividad económica [Sheinbaum-Pardo et al., 2012]. Sin embargo, Phillips [2010a] ha escrito que "la energía geotérmica puede no ser viable a largo plazo, a menos que haya una gestión másrigurosa y la mitigación de los aspectos ambientales y la contaminación con respecto a la producción de electricidad, sobre todo en los países en desarrollo".

Cualquier tipo de producción de energía tendrá algún impacto en el ambiente, pero el grado o magnitud de este impacto dependerá de la tecnología utilizada y la gestión de los residuos. A pesar de que la energía geotérmica es considerada como una fuente de energía renovable, los impactos ambientales no pueden ser excluidos antes, durante y después de la generación de energía geotérmica.

Éstos difieren de acuerdo con las características del sitio, de la planta, del yacimiento y del potencial geotérmico. Las plantas de energía de tipo binario (es decir, un sistema cerrado en el que un fluido de trabajo impulsa la turbina y no el vapor geotérmico o líquido) tienen, con mucho, el impacto mínimo, a excepción de calor residual [Rybach, 2003].

En función de la gran importancia que el desarrollo sostenible tiene a nivel mundial y al gran potencial que la energía geotérmica tiene en México, tanto en generación de energía eléctrica como en mitigación de los efectos del cambio climático [Santoyo-Gutiérrez y Torres- Alvarado, 2010], resultaindispensable la exploración de nuevos campos geotérmicos y el aprovechamiento sostenible de los recursos naturales inherentes, aspectos que este proyecto tiene por objetivo atender. El proyecto pretende integrar las variables ambientales, socioculturales y económicas que el marco del desarrollo sostenible exige con la planeación y el diseño de la puesta en marcha de plantas geotérmicas en tres regiones del territorio mexicano que son naturalmente susceptibles de aprovechamiento geotérmico: El Chichonal, Chiapas; Acoculco, Puebla y Los Negritos, Michoacán.

Variables ambientales

Matriz rápida de evaluación de impacto

Phillips[2009, 2010b] propone un modelo para evaluarla Matriz Rápida de Evaluación de Impacto (RIAM) que es un método semi?cuantitativo de evaluación de impacto ambiental (EIA) para determinar el nivel y la naturaleza del desarrollo sostenible de una central eléctrica. Este modelo describe la naturaleza de la relación entre el medio ambiente y los seres humanos que constituye el desarrollo sostenible y las condiciones para que ocurra. Principalmente sobre la base de:

  • Garantizar que el crecimiento económico no provoca contaminación ambiental.
  • Mejorar la eficiencia de los recursos.
  • Examinar el ciclo de vida completo del producto.
  • Activación de los consumidores para obtener más información sobre los productos y servicios.
  • El papel de los impuestos, acuerdos voluntarios, subsidios, regulaciones y campañas de información, puede estimular la inversión y la innovación de tecnologías limpias.

La forma de expresar esto es a través de los números positivos y negativos que representan las posibles consecuencias ambientales y humanas [Phillips, 2010a]. Para más detalles vea la metodología.

Efectos ambientales

Los efectos ambientales que son temporales o irreversibles en la industria geotérmica podrían ser:

  • a) Subsidencia del terreno y sismicidad: Este está normalmente presente en los sitios geotérmicos, ya que se encuentran en zonas geológicamente inestables, donde la actividad volcánica, los terremotos profundos y los flujos de calor más altos de temperatura son la característica principal. Y cuando la sismicidad esinducida debido a la explotación de yacimientos, los impactos aumentan [Barbier, 2002].
  • b) Ruido: Dado que la mayoría de las instalaciones geotérmicas se construyen lejos de las principales zonas urbanas, el ruido de la producción, el mantenimiento y la perforación no suele ser significativa. El principal problema es el ruido generado durante la construcción, la actividad vehicular, las emisiones de vapor sin cesar y ciertas operaciones de perforación [Brophy, 1997].
  • c) Emisiones a la atmósfera: los gases (CO2, H2S, NH3, CH4, N2 y H2), trazas de mercurio, vapor de boro y el radón, causando la contaminación del suelo y de la vegetación y la toxicidad potencial de la población [Phillips, 2010a].
  • d) Contaminación de aguas superficiales y subterráneas: las sustancias peligrosas utilizadas durante la exploración, construcción o producción de etapas, las fallas de estructuras de drenaje o fugas de depósitos superficiales [Brophy, 1997]. El depósito dominado por vapor contiene una gama de metales tóxicos en suspensión y solución: As, Hg, Pb, Zn, B y S, junto con sílice, carbonatos, sulfatos y cloratos. En los depósitos de agua que predominan el agua caliente, puede haber un contenido importante de sales [Barbier, 2002].
  • e) Los cambios en el paisaje y el uso del suelo: puede causar la erosión del suelo en las zonas de alta precipitación o pendientes pronunciadas y también pueden causar conflictos sociales, cuando la población está cerca de la planta de energía.
  • f) Residuos sólidos: principalmente de la construcción de la planta de energía, perforación, caminos, etc.
  • g) Ecología: con todos los efectos mencionados, es fácil concluir que los impactos sobre los hábitats terrestres, acuáticos y ribereños pueden verse afectados de manera significativa, sobre todo en lugares donde las especies en peligro de extinción están presentes. Donde la construcción de instalaciones, caminos, perforación, tuberías, etc, promueven la pérdida de hábitats.

Indicadores ambientales

El monitoreo implica la medición repetida de determinados aspectos ambientales tales como la temperatura, el pH, la precipitación, la densidad de plantas, el número de animales, etc. A partir de estas variables ambientales, los indicadores pueden ser seleccionados para conseguir información sobre el estado del ambiente, omitiendo la necesidad de examinartodaslas variables ambientales que han sido medidas. Estos indicadores pueden ser variablesfísicas, biológicas o químicas; o pueden ser losíndices que se calculan algunos ya sea en función de variables de saturación de oxígeno disuelto. Ellos pueden aplicar a diferentes niveles tales como el nivel bioquímico y las especies o el ecosistema o nivel de la comunidad.

Los indicadores pueden:

  • Ser predictivos (los niveles de agua en los embalses superficiales y subterráneas se pueden usar para predecir la futura escasez de agua).
  • Ser descriptivos (niveles de pesticidas y sus productos de degradación por unidad de área de tierras agrícolas).
  • Mostrar tendencias (cambio de la diversidad de especies con respecto al tiempo).
  • Proporciona una medida de la respuesta ambiental (mejora de la producción de pastos como resultado de control de plagas).

Dado que el ambiente es un complejo mosaico de componentes relacionados entre sí, no existe un solo indicador que describa completamente el estado del ambiente y la forma en que está cambiando. Una serie requiere de indicadores cuidadosamente seleccionados para proporcionar un perfil de la situación general del ambiente (Gelinas y Slaats 1989).

La elección de los indicadores adecuados debe estar relacionada con el problema o los objetivos del estudio. Cuando se trata de la gestión ambiental, los indicadores tendrán que reflejar los objetivos de la gestión. Rapport (1987) propone las tres "R" (por sus siglas en inglés) de los indicadores ambientales seleccionados: Relevancia, Fiabilidad y Robustez.

Los indicadores ambientales han sido desarrollados por Vos y colaboradores (1985) para tener funciones de planificación social y comunicación para mejorar la apreciación de una importancia social de un ambiente limpio y expresar los beneficios de política ambiental en términos socialmente accesibles.

Bioindicadores ambientales

Algunos organismos o comunidades de organismos, han sido utilizados como bioindicadores para conocer los efectos de la concentración de contaminantes y complementar los estudios fisicoquímicos [Klumpp, 2003; Klumpp et al., 2004]. Dentro de este grupo, existen aquellos que en sus tejidos acumulan compuestos químicos específicos y cuyas concentraciones varían según la especie, caracterizándolos como bioacumuladores [Hawksworth et al., 2005]. Regularmente, se toma ventaja de especies bioacumuladoras para remediar sitios contaminados, debido a su bajo costo, fácil implementación, eficiencia y el bajo impacto negativo sobre el sitio.

Vegetación bioacumuladora

Especies de plantas que tienen la capacidad de bioacumular contaminantes se usan con frecuencia para propósitos de monitoreo y para prospección de metales pesados. Las especies vegetales que se han reportado como bioacumuladoras de metales, son especies de árboles y matorrales [Pulford y Watson, 2003], incluso los líquenes y musgos se han investigado en zonas con actividad hidrotermal [Loppi y Bonini, 2000]. Representando una buena alternativa para la identificación de bioindicadores ambientales y el establecimiento de la línea base de contaminación de las regiones de estudio.

Microorganismos extremófilos

Estos tipos de microorganismos provienen de zonas en donde las condiciones del hábitat son consideradas extremas, por estar por encima o por debajo de las circunstancias ambientales naturales. Durante varias décadas el estudio de este tipo de microorganismos ha sido de gran interés científico, debido a sus diversas aplicaciones en biotecnología y en el monitoreo como bioindicadores de contaminación.

Las zonas geotérmicas son consideradas hábitats extremos porque el fluido geotérmico posee altas concentraciones de sales disueltas, de metales pesados y en algunos casos de radionúclidos, además de encontrarse a altas presiones y temperaturas.

El tipo de microorganismos que se han identificado en las zonas geotérmicas, son principalmente las bacterias termofílicas [Adiguzel et al., 2009] y diatomeas [Owen et al., 2008]. También se han caracterizado comunidades de cianobacterias tolerantes a altas temperaturas en el sistema de los tres lagos (Laguna Blanca, Verde y Lago Licancabur) de las zonas geotérmicas del Altiplano de los Andes en Bolivia [Fleming y Prufert-Bebout, 2010].

Existen problemas ambientales locales asociados con los desarrollos de energía geotérmica, en donde cada planta en el mundo opera bajo diferentes contextos ambientales, lo que se traduce en hábitats únicos para los microorganismos.

Variables sociales, económicas y culturales

Los proyectos geotérmicos, comúnmente integran una evaluación de impacto ambiental, sin embargo, una evaluación del impacto social es importante desde el punto de vista de prevenir daño o conflicto con la población local. Incluso, cuando se hace una evaluación del impacto social, los proyectos geotérmicos se benefician al contener información respecto de los cambios sociales, culturales, políticos y económicos que pudieran ocurrir antes, durante y después de la implementación del proyecto.

En ocasiones la resistencia política del proyecto suele ser un problema más grande que puede resultar costoso e incluso sabotear el proyecto antes de que empiece. Un movimiento de resistencia bien organizado puede recibir atención nacional y atraer ONG ́s internacionales y grupos de derechos humanos, esencialmente donde grupos indígenas están involucrados [Dewhurst, 2014].

La experiencia demuestra que si no se consulta a la comunidad antes de instalar un proyecto, ello podría desatar una serie de conflictos etnopolíticos [Landis y Albert, 2012].

Una de las estrategias que están usando las empresas es involucrar a los lugareños en el proceso de planeación. Un desarrollo participativo es un término que incluye una gran variedad de estrategias como la participación pública, relaciones comunitarias y la participación de los interesados.

El desarrollo de un diagnóstico sociocultural de la zona, aumentará las probabilidades de éxito del proyecto, al contar con información estratégica de primera mano sobre los aspectos sociales, culturales, productivos e inclusive ambientales de la comunidad en cuestión y de sus pobladores. A su vez, esto puede ser tomado como base para realizar planteamientos participativos que incluyan la cosmovisión y estilos de vida de las comunidades, generando una sana simbiosis proyecto-comunidad.

En adición a las anteriores cuestiones de desarrollo sostenible estratégico, el marco legal demanda que el diagnóstico social sea realizado, toda vez que la metodología para valorar externalidades asociadas con la generación de electricidad en México [SENER, 2012] prevé la determinación de los costos o beneficios sociales de la generación de electricidad por parte del promovente del proyecto. Incluso, en caso de existir comunidades indígenas, es necesario cumplir con el marco legal de la Ley de la Comisión Nacional para el Desarrollo de los Pueblos Indígenas, donde en su artículo 3o fracción VI prevé, que si el Ejecutivo Federal promueve proyectos que impacten significativamente las condiciones de vida y el entorno de los pueblos y comunidades indígenas, estos deben ser consultados [Presidencia de la República, 2012].

Escenario de México

En general, la sostenibilidad del sector energético en México entre 1990 y 2008 muestra un decremento en la sostenibilidad global de 0,73 a 0,56, respectivamente, en la que 1 significa la sostenibilidad plena. Este resultado se basa en indicadores de sostenibilidad mexicanos: independencia, robustez, exportaciones, los ingresos petroleros, la inversión, la productividad, la distribución eléctrica, la cobertura de las necesidades básicas de energía, fuentes de energía renovables y el agotamiento de combustibles fósiles [Sheinbaum-Pardo et al., 2012].

Figura 1. Distribución de los recursos geotérmicos en México, de [Santoyo-Gutiérrez y Torres-Alvarado, 2010].

En el caso de la generación de electricidad geotérmica, producida en México, alcanza los 958 MWe de la capacidad instalada (~ 2%) con cuatro plantas geotérmicas (Fig. 2). Cerro Prieto, en Baja California (620 MW), Los Azufres en Michoacán (188 MWe), Los Humeros en Puebla (40 MW) y Las Tres Vírgenes en Baja California (10 MW). México se encuentra en el cuarto lugar a nivel mundial en la generación eléctrica después de EE.UU. (3.093 MWe), Filipinas (1.904 MWe) e Indonesia (1.197 MWe) [Bertani, 2010]. La Comisión Federal de Electricidad (CFE) indica que la capacidad geotérmica instalada incluye 556 pozos y la producción de alrededor de 66 millones de toneladas de vapor/año (~ 7.504 ton/h), de ellos el 66,4% son de Cerro Prieto, el 15,3% de los Azufres, el 7,7% de Los Humeros y el 1,8% de Las Tres Vírgenes [Gutiérrez-Negrín, 2010].

Además de los 4 campos geotérmicos que se encuentran actualmente en explotación, la CFE ha evaluado zonas con potencial geotérmico, estimando su capacidad para producir electricidad. De los pocos más de 20 sitios caracterizados e identificados; en este proyecto se pretende trabajar en tres: 1. Zona Geotérmica de Acoculco, Pue. 2. Zona Geotérmica del Chichonal, Chiapas. 3. Zona Geotérmica de Los Negritos, Michoacán.

Zona Geotérmica de Acoculco en Puebla, México (ZGAc)

La zona se localiza casi en los límites de los estados de Puebla e Hidalgo, en el municipio de Chignahuapan, Pue., a 85 kilómetros al noroeste de la ciudad de Puebla y a 65 kilómetros al sureste de la ciudad de Pachuca Hgo., está ubicada en la porción oriental de la Faja Volcánica Mexicana. Con el método Volumétrico-Montecarlo el campo presenta un potencial de 107 MW con una desviación estándar de 42 MW y el intervalo de confianza al 90% es de entre 38 y 177 MWe. Con el método de descompresión gradual el campo presenta un potencial de 48 MW (CFE, 2009). En general, el origen de la fuente de vapor es volcano-tectónico, las temperaturas registradas oscilan entre 264 y 307 °C a profundidades de 1900 y 2000 m respectivamente; las curvas de temperatura indican características de roca impermeable caliente (Lorenzo-Pulido et al., 2011). El yacimiento presenta altas temperaturas pero muy baja permeabilidad, por lo que la CFE considera esta zona como candidata para desarrollar en ella un sistema geotérmico mejorado (EGS: Enhanced Geothermal System) aplicando técnicas de fracturamiento hidráulico y/o químico (CRE, 2009).

Zona Geotérmica del Chichonal en Chiapas, México (ZGChich)

La zona se localiza en la parte noroeste del estado de Chiapas, en los límites entre los estados de Veracruz, Tabasco y Chiapas. A 60 km de la capital, Tuxtla Gutiérrez, y 20 km, hacia el suroeste, de Pichucalco. Desde el punto de vista fisiográfico, la zona está ubicada en la provincia del Altiplano de Chiapas-Guatemala, dentro de la subprovincia de Sierras Plegadas.

El Chichonal es un estratovolcán que empezó a formarse a principios del Cuaternario en una zona de fuerte actividad tectónica de las placas de Norteamérica, Cocos y El Caribe. Esta zona de debilidad cortical se ha formado por la intersección de dos sistemas de fallas, uno más antiguo de dirección casi este-oeste, y otro más reciente de dirección casi norte-sur. El volcán ha presentado eventos de tipo explosivo, el más reciente que ocurrió en dos fases sucesivas, una el 28-29 de marzo y otra el 3-4 de abril de 1982. En ambos casos se trató de erupciones de tipo pliniano que emitieron productos piroclásticos y gases, sin lava, dando lugar a depósitos de avalancha y de caída aérea de composición andesítica.

Las manifestaciones termales son fumarolas ubicadas en el cráter principal del volcán y manantiales termales de cinco grupos sobre los flancos del volcán, a una distancia de entre 2 y 3 km en línea recta de la cima. Se encuentran en las partes superiores de los cañones donde las aguas calientes se mezclan con agua meteórica superficial y forman arroyos que fluyen hacia el Río Magdalena.

Las temperaturas superficiales van de los 50 a los 74°C. Lastemperaturas de fondo calculadas por la CFE antes de la erupción de 1982 y aplicando el geotermómetro de potasio-sodio iban de los 217 a los 293°C. La geotermometría actual indica temperaturas menores, entre 200 y 250°C. La fuente de calor es la cámara magmática alimentadora del volcán, con el método Volumétrico-Montecarlo el campo presenta un potencial de 46 MW con una desviación estándar de 23 MW y el intervalo de confianza al 90% es de entre 9 y 84 MWe (CRE, 2009).

Zona Geotérmica de Los Negritos en Michoacán, México (ZGLNeg)

Esta zona está situada en el extremo noroeste del estado de Michoacán, a 10 km al oriente de la ciudad de Sahuayo y entre 1500 y 1600 msnm de elevación.

La zona se encuentra casi en la confluencia de dos provincias tectónicas conocidas como el Graben de Chapala y la llamada Meseta Tarasca, específicamente al sur de la Ciénaga de Chapala. La zona está en la porción centro-oriental del Valle de Sahuayo, sedimentos lacustres (limolitas calcáreas) rellenan el valle, sobre el que afloran las manifestaciones termales. Las rocas más recientesson andesitas vítreas de augita extruidas por dos centros eruptivos de edad cuaternaria.

Las manifestaciones termales son manantiales, algunas fumarolas y volcanes de lodo, que parecen relacionarse con el cruce de dos estructuras, determinadas por estudios geofísicos, una dirección este-oeste (Falla El Platanal) y otra de dirección noreste-suroeste (Falla Los Negritos). Las temperaturas superficiales están entre 30 y 82°C, aunque el geotermómetro de potasio-calcio indica temperaturas de fondo entre los 156 y los 243°C y el geotermómetro de gases de D’Amore-Panichi sugiere temperaturas de 219°C.

El probable yacimiento geotérmico podría estar contenido en las rocas volcánicas más antiguas, que se estima subyacen a los sedimentos lacustres del valle y presentan una importante permeabilidad secundaria. La fuente de calor estaría relacionada con una cámara magmática profunda alimentadora del vulcanismo más reciente. Con el método Volumétrico-Montecarlo el campo presenta un potencial de 24 MW con una desviación estándar de 12 MW y el intervalo de confianza al 90% es de entre 3 y 44 MWe. Con el método de descompresión gradual el campo presenta un potencial de 20 MW (CRE, 2009).

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Objetivos y metas

El objetivo de esta propuesta es hacer un diagnóstico del impacto ambiental causado por la actividad geotérmica natural de zonas con potencial geotérmico explotable a mediano plazo. Así mismo, proponer estrategias, ambientales, sociales y económicas para un desarrollo sostenible, a partir de la implementación de un proyecto geotermoeléctrico.

El motivo de hacer un diagnóstico de impacto ambiental de actividad geotérmica natural, es el establecimiento de un estado inicial en los sitios con presencia de recursos geotérmicos, incluyendo indicadores y bioindicadores ambientales.

A partir del estudio social, cultural y económico de las zonas de estudio para identificar rutas y zonas indígenas, proponer alternativas de reubicación e inserción a la economía local con la instalación de un proyecto de explotación geotérmica y equiparar los intereses del proyecto y los de las comunidades de las zonas de estudio.

Número de proyecto

P25

Título de proyecto

Desarrollo sostenible y evaluación del impacto ambiental de tres yacimientos geotérmicos con potencial de explotación en México

Tipo de proyecto

Estratégico

Línea de investigación

Desarrollos tecnológicos para explotación

Responsable de proyecto

Zayre Ivonne González Acevedo

Institución

Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, CICESE