Energía geotérmica: Qué es, cómo se capta, aplicaciones, ventajas y desventajas

En este artículo vamos a hablar sobre la energía geotérmica: qué es, usos y de dónde se obtiene. Veremos también las ventajas y desventajas de este tipo de energía.

Qué es la energía geotérmica

La energía geotérmica es una energía de tipo renovable que consiste en aprovechar el calor del interior de la tierra que es transmitido a través conducción y convección de las rocas calientes o reservas, con el fluido del sistema geotérmico.

Geotérmica significa, literalmente, “calor de la tierra”. Proviene del griego geo (Tierra) y thermos (calor).

El calor de la tierra puede ser utilizado como fuente de energía de muchas maneras, desde grandes y complejas centrales eléctricas hasta pequeños y relativamente simples sistemas de bombeo. Esta energía calorífica, conocida como energía geotérmica, se puede encontrar casi en cualquier lugar, tan lejos como pozos remotos y profundos en Indonesia y tan cerca como en la tierra de nuestros patios traseros.

La temperatura de la tierra aumenta a medida que perforamos más profundamente hacia su núcleo. Podemos utilizar ese calor para producir energía haciendo circular agua a través de depósitos subterráneos calientes, llevando el agua caliente o el vapor a la superficie. Entonces podemos convertir la energía en el fluido caliente en energía mecánica y eléctrica en la superficie usando un motor térmico.

Muchas regiones del mundo ya están aprovechando la energía geotérmica como una solución asequible y sostenible para reducir la dependencia de los combustibles fósiles, así como los riesgos para el calentamiento global y la salud pública que se derivan de su uso.

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El recurso geotérmico

Debajo de la corteza terrestre, hay una capa de roca caliente y fundida, llamada magma. En esta capa se produce continuamente calor, principalmente a partir de la descomposición de materiales radioactivos naturales como el uranio y el potasio. La cantidad de calor a 10.000 metros de la superficie de la Tierra contiene 50.000 veces más energía que todos los recursos de petróleo y gas natural del mundo.

Las áreas con las temperaturas subterráneas más altas se encuentran en regiones con volcanes activos o geológicamente jóvenes. Estos “puntos calientes” ocurren en los límites de las placas tectónicas o en lugares donde la corteza es lo suficientemente delgada como para dejar pasar el calor

Estas regiones también son sísmicamente activas. Los terremotos y el movimiento del magma rompen la cubierta de la roca, permitiendo que el agua circule. A medida que el agua sube a la superficie, se producen fuentes termales naturales y géiseres. La temperatura del agua en estos sistemas puede ser de mayor de 200°C.

También se puede encontrar un suministro constante de calor más suave, útil para propósitos de calentamiento directo, a profundidades de entre 3 y 150 metros por debajo de la superficie en cualquier lugar de la Tierra. Incluso la tierra que está debajo de tu propia casa tiene suficiente calor para controlar el clima en tu casa u otros edificios en la comunidad.

Además, hay una gran cantidad de energía térmica disponible de formaciones rocosas secas muy profundas debajo de la superficie (4-10 km). Usando la tecnología emergente conocida como Sistemas Geotérmicos Mejorados (EGS, por sus siglas en inglés), podemos ser capaces de capturar este calor para la producción de electricidad a una escala mucho mayor que la que las tecnologías convencionales permiten actualmente.

Si se pudiera aprovechar todo el potencial económico de los recursos geotérmicos, representarían una enorme fuente de capacidad de producción de electricidad.

Tipo de yacimientos geotérmicos

Se ha determinado que existen cuatro tipos de yacimientos de calor aprovechables:

  • De agua caliente: se trata de acuíferos subterráneos con calor que puede ser aprovechado. El agua caliente y el vapor pueden fluir libremente por bombeos o impulsos. Uno de los métodos más usados es la creación de dos pozos en los que se obtiene el agua caliente, se aprovecha, y posteriormente se devuelve por el otro pozo.
  • Yacimientos secos: en este caso, existen piedras calientes en seco a profundidades no excesivas que pueden ser aprovechadas con la perforación a través de la cual se hace la inyección de agua y se recupera caliente por otra. Al terminar, se vuelve a inyectar el agua en el segundo pozo para que regrese a su caudal.
  • Los Géiser: es una forma de agua termal con la particularidad de que expulsan vapor y chorros de agua caliente en forma de columnas. Se producen en zonas específicamente volcánicas.

Cómo se capta la energía geotérmica

Fuentes geotérmicas para centrales eléctricas

Actualmente, la forma más común de capturar la energía de las fuentes geotérmicas es aprovechar los sistemas naturales de “convección hidrotermal”, donde el agua más fría se filtra a la corteza terrestre, se calienta y luego sube a la superficie. Una vez que esta agua caliente es forzada a la superficie, es relativamente simple capturar ese vapor y usarlo para accionar generadores eléctricos. Las plantas de energía geotérmica perforan sus propios agujeros en la roca para capturar el vapor de manera más efectiva.

Existen tres diseños básicos para plantas de energía geotérmica, todas las cuales extraen agua caliente y vapor del suelo, lo utilizan y luego lo devuelven como agua caliente para prolongar la vida útil de la fuente de calor:

  • Centrales de vapor seco, donde el vapor pasa directamente a través de la turbina y luego a un condensador donde el vapor se condensa en agua.
  • Centrales vapor flash, donde el agua muy caliente es despresurizada o “flasheada” en vapor que puede ser usado para impulsar la turbina.
  • Centrales de ciclo binario, donde el agua caliente pasa a través de un intercambiador de calor, donde calienta un segundo líquido, como el isobutano, en un circuito cerrado. El isobutano hierve a una temperatura más baja que el agua, por lo que se convierte más fácilmente en vapor para hacer funcionar la turbina.

La elección de un tipo u otro de diseño a utilizar viene determinada por el recurso disponible. Dado que hay más recursos de agua caliente que vapor puro o fuentes de agua de alta temperatura, hay más potencial de crecimiento en el ciclo binario.

Uso directo de calor geotérmico

Los manantiales geotérmicos también se pueden utilizar directamente para fines de calefacción. El agua caliente geotérmica se utiliza para calentar edificios, criar plantas en invernaderos, secar peces y cultivos, ayudar en procesos industriales como la pasteurización de leche y calentar balnearios y agua en piscifactorías.

Por ejemplo, en Islandia, prácticamente todos los edificios del país se calientan con agua termal. De hecho, Islandia obtiene más del 50 por ciento de su energía primaria de fuentes geotérmicas.

Aplicaciones de la energía geotérmica

Existen varios usos de la energía geotérmica, entre los que se encuentra la refrigeración, la calefacción y la generación de electricidad, pero dos de los más importantes son los siguientes:

  • Aguas termales: seguro has escuchado acerca de estos espacios termales, pero quizás no sepas que se les considera así por tener influencia de la geotérmica. Son destinos turísticos con agua caliente y muy visitados, ya que se presume contengan grandes cantidades de minerales y posibles fuentes medicinales.
  • Climatización: es uno de los usos más comunes y se trata de la climatización de una vivienda o local a través del aprovechamiento de las temperaturas del subsuelo que se encuentra a 1 o 2 metros aproximadamente de la superficie. Para este proceso es importante usar una bomba de calor geotérmica que lo que hace es intercambiar las temperaturas entre la parte superior e inferior de la superficie.
  • Industria: Puede ser utilizada en industrias que utilicen calor y no necesiten temperaturas demasiado altas

Bombas de calor geotérmicas

Una forma mucho más convencional de aprovechar la energía geotérmica es utilizar bombas de calor geotérmicas para proporcionar calor y refrigeración a los edificios.

Las bombas de calor geotérmicas, aprovechan la temperatura constante durante todo el año de unos 18 ºC, que se encuentra a unos pocos metros por debajo de la superficie del suelo. El líquido anticongelante es bombeado a través de tuberías que están enterradas bajo tierra y vuelven a circular en el edificio.

En el uso más sencillo, el de la calefacción y refrigeración por suelo radiante, un tubo va desde el aire exterior, bajo el suelo, hasta el sistema de ventilación de un edificio. Los sistemas más complicados, pero más eficaces, utilizan compresores y bombas -como en los sistemas eléctricos de aire acondicionado- para maximizar la transferencia de calor.

Las bombas de calor geotérmicas tienen una inversión inicial más alta que las bombas de calor convencionales, ya que es necesario perforar el terreno y por las instalación de las tuberías, aunque a largo plazo tendremos ahorro en energía eléctrica.

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Ventajas de la energía geotérmica

La energía geotérmica tiene muchas ventajas, especialmente cuando se compara con las fuentes convencionales de energía. Son las siguientes:

  • Es una de las energías más limpias para el medio ambiente. La energía geotérmica se extrae de la tierra sin quemar combustibles fósiles, y los campos geotérmicos prácticamente no producen emisiones.
  • Se pueden conseguir ahorros de hasta un 80% con respecto al uso de la energía convencional
  • La geotermia es una fuente confiable de energía renovable: La energía geotérmica también tiene muchas ventajas en comparación con otras fuentes renovables como la solar, la eólica o la biomasa. Es una fuente de energía excepcionalmente constante, ya que no depende de factores externos como otras energías renovables que dependen  del viento o del sol. Además está disponible durante todo el año.
  • Alta eficiencia de sistemas geotérmicos: Las bombas de calor geotérmicas utilizan entre un 25% y un 50% menos de electricidad que los sistemas convencionales de calefacción o refrigeración
  • Poco o ningún mantenimiento del sistema geotérmico: Debido al hecho de que los sistemas geotérmicos sólo tienen unas pocas partes móviles que están protegidas dentro de un edificio, la vida útil de los sistemas de bombas de calor geotérmicas es relativamente alta. Las tuberías de las bombas de calor tienen incluso una garantía de entre 25 y 50 años, mientras que la bomba puede durar al menos 20 años.
  • Reduce la importación de energía de otros países, especialmente de combustibles fósiles, lo que a su vez requiere menos instalaciones para transportar la energía, con el consecuente ahorro de costes.
  • Una planta geotérmica ocupa menos espacio que otras centrales de energía convencional como de gas o de carbón, además, tiene más potencial de producción de energía que el resto de energías convencionales juntas.

Desventajas de la energía geotérmica

Sin embargo, siempre tenemos dos caras de la misma moneda, así que echemos un vistazo a las desventajas de la energía geotérmica:

  • Existen preocupaciones ambientales por las emisiones de gases de efecto invernadero: Aunque se trata de una energía limpia, la extracción de energía geotérmica del suelo conduce a la liberación de gases de efecto invernadero como el sulfuro de hidrógeno, el dióxido de carbono, el metano y el amoníaco, que hay que tratar para evitar la contaminación. Sin embargo, la cantidad de gas liberado es significativamente menor que en el caso de los combustibles fósiles.
  • Posibilidad de agotamiento de las fuentes geotérmicas: A pesar de que se considera que se trata de una energía sostenible y renovable, lo más probable es que determinados lugares se enfríen con el tiempo, lo que imposibilitaría cosechar más energía geotérmica en el futuro. La única opción no agotable es obtener energía geotérmica directamente del magma, pero la tecnología para hacerlo está todavía en proceso de desarrollo.
  • Altos costes de inversión para el sistema geotérmico: Otra desventaja es el alto coste inicial para su instalación en viviendas. La necesidad de perforar e instalar un sistema bastante complejo hace que el precio suba bastante. Sin embargo, el retorno de la inversión es muy prometedor, pudiendo recuperar la inversión en un plazo de 2 a 10 años.
  • Requisitos del terreno para la instalación de un sistema geotérmico: En el caso de sistemas geotérmicos, es necesario disponer de un terreno junto a la casa para poder instalarlo. Esto hace que los sistemas geotérmicos sean difíciles de implementar para los propietarios de las grandes ciudades, a menos que se utilice una bomba de calor geotérmica vertical. Las plantas geotérmicas deben ubicarse donde el subsuelo esté muy caliente, muchas veces de difícil acceso.
  • Debe ser consumida en el mismo lugar de producción, debido a que se perdería eficiencia durante el transporte.
  • Provoca un gran impacto visual en el paisaje, aunque con el avance de la tecnología se va minimizando.
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