La energía geotérmica es un tipo de energía renovable que se obtiene del calor almacenado en el interior de la Tierra.
Se considera una fuente limpia y sostenible, ya que no requiere la combustión de combustibles fósiles y genera bajas emisiones de gases de efecto invernadero. Esta energía se puede aprovechar directamente en forma de calor o convertirla en electricidad mediante centrales geotérmicas.
Origen de la energía geotérmica
La energía geotérmica tiene su origen en el calor interno de la Tierra, el cual proviene de dos fuentes principales:
- La desintegración de elementos radiactivos: Isótopos como el uranio-238, torio-232 y potasio-40 se descomponen de manera natural en el manto terrestre, generando una cantidad constante de calor a lo largo de millones de años. Este proceso contribuye significativamente al mantenimiento de altas temperaturas en el interior del planeta.
- El calor residual de la formación de la Tierra: Durante la acreción planetaria, hace aproximadamente 4.500 millones de años, la colisión de cuerpos celestes y la posterior compactación de materiales liberaron enormes cantidades de energía térmica. Aunque parte de este calor se ha disipado en el espacio, una gran fracción permanece atrapada en las capas internas del planeta, especialmente en el núcleo y el manto.
La corteza terrestre actúa como un aislante natural, pero en ciertas regiones, denominadas zonas geotérmicamente activas, el calor es más accesible debido a la presencia de volcanes, fallas geológicas, géiseres o aguas termales.
Estas áreas se encuentran principalmente en los límites de placas tectónicas, donde la actividad magmática y la circulación de fluidos hidrotermales facilitan la transmisión de calor desde el interior de la Tierra hacia la superficie.
¿Cómo se extrae la energía geomtérmica?
La obtención del calor geotérmico se realiza mediante la perforación de pozos en el subsuelo para acceder al calor interno de la Tierra.
Dependiendo de la temperatura y la profundidad del recurso, existen diferentes métodos de aprovechamiento:
- Sistemas de vapor seco: Se utilizan en yacimientos donde el vapor emerge de manera natural desde el subsuelo. El vapor se canaliza directamente hacia una turbina para generar electricidad. Ejemplo: La central geotérmica de The Geysers en California, EE.UU.
- Sistemas de agua caliente o fluidos geotérmicos: En este caso, el agua caliente o una mezcla de vapor y agua se extrae del subsuelo y pasa por un separador que divide el vapor del líquido. El vapor impulsa una turbina y el agua sobrante se puede reinyectar al yacimiento para mantener la sostenibilidad del recurso.
- Ciclo ninario: Se usa en fuentes de temperatura media, donde el agua extraída no es lo suficientemente caliente para generar vapor directamente. Se hace circular un fluido secundario con un punto de ebullición más bajo, el cual se convierte en vapor y acciona la turbina.
- Sistemas de calefacción y climatización: Para temperaturas bajas o muy bajas, se utilizan bombas de calor geotérmicas, que extraen calor del subsuelo para calentar edificios en invierno y disipar calor en verano.
Proceso de producción de energía geotérmica
En viviendas y edificios
Uno de los principales usos de la energía geotérmica es la climatización de edificios y hogares. Mediante bombas de calor geotérmicas, es posible extraer calor del suelo en invierno para calentar los espacios y disipar el calor del interior en verano para refrigerarlos.
Proceso en invierno:
- El agua dentro del circuito captador geotérmico circula por el subsuelo y se calienta.
- Un intercambiador de calor transfiere la energía térmica al circuito emisor, que calienta la vivienda.
Proceso en verano:
- El calor del interior del edificio se transfiere al subsuelo, enfriando el ambiente interior.
- La energía geotérmica permite un sistema de refrigeración eficiente y sostenible.
Además, la energía geotérmica se utiliza en sistemas de calefacción por suelo radiante y para la generación de agua caliente sanitaria.
En centrales geotérmicas
Las centrales geotérmicas convierten el calor del interior de la Tierra en electricidad mediante un ciclo termodinámico:
- Extracción de calor: Se perforan pozos geotérmicos para extraer agua caliente o vapor.
- Conversión en energía mecánica: El vapor acciona una turbina conectada a un generador eléctrico.
- Producción de electricidad: La energía mecánica se transforma en electricidad, que se inyecta en la red eléctrica.
- Recirculación del agua: Una vez utilizada, el agua enfriada se reinyecta en el subsuelo para mantener el equilibrio del acuífero.
Tipos de fuentes geotérmicas
Estas fuentes de energía renovable se obtienen a través de la extracción del calor interno de la Tierra a través de pozos geotérmicos. Se encuentran varias zonas con aguas termales.
Estas aguas termales pueden ser las que se utilizan en balnearios o de otros centros. Estas aguas están calentadas por la temperatura del interior de la Tierra.
El agua caliente con una elevada energía interna, puede fluir de manera natural por los impulsos de los flujos de agua y vapor o por bombeo. Hay que seleccionar el método a utilizar en función del método que sea más rentable económicamente.
No hay un solo método a la hora de aprovechar este tipo de energía. Ha habido proyectos que en algunos países se han tenido que desestimar por su inviabilidad económica.
El magma (rocas fundidas) es una gran fuente de energía geotérmica, ya que las rocas sólo se encuentran en estado líquido a temperaturas extremadamente altas. A pesar de ello, con la tecnología que está disponible es económicamente inviable.
Las explotaciones para extraer agua caliente, suelen disponer de un número par de pozos geotérmicos. Por uno se extrae el agua caliente y por el otro se vuelve a inyectar agua en el acuífero, cuando ya está enfriada.
Tipos de fuentes geotérmicas
La energía geotérmica se clasifica según la temperatura del recurso térmico, lo que determina su posible aplicación:
1. Alta temperatura (>150°C)
Esta fuente se encuentra principalmente en zonas volcánicas activas, donde el magma está relativamente cerca de la superficie terrestre. Este tipo de energía permite la generación de electricidad de manera eficiente mediante el uso de turbinas de vapor en centrales geotérmicas convencionales. Puede alcanzar temperaturas de hasta 400°C en algunos yacimientos, lo que maximiza la eficiencia del proceso de conversión energética.
Un ejemplo destacado de su aplicación es la planta geotérmica de Hellisheiði en Islandia, una de las más grandes del mundo.
2. Media temperatura (70°C - 150°C)
Las fuentes de media temperatura se ubican en regiones con actividad geotérmica moderada, donde las aguas subterráneas pueden calentarse a niveles adecuados para la producción energética. Se utiliza principalmente en centrales de ciclo binario, que emplean fluidos de bajo punto de ebullición para generar electricidad en turbinas.
También se emplea en redes de calefacción urbana, donde el calor se distribuye a múltiples edificios a través de un sistema centralizado. Un ejemplo de su aplicación son las instalaciones de calefacción urbana en Alemania y Francia, que aprovechan estos recursos para reducir el uso de combustibles fósiles.
3. Baja temperatura (50°C - 70°C)
Este tipo es común en formaciones geotérmicas más extendidas, pero con menor intensidad térmica. Se emplea principalmente para calefacción de viviendas, invernaderos y procesos industriales como el secado de productos agrícolas y la desalinización de agua.
Puede utilizarse en combinación con bombas de calor para aumentar la eficiencia energética en entornos residenciales y comerciales.
Un ejemplo de este uso es el aprovechamiento geotérmico en invernaderos de los Países Bajos para optimizar el crecimiento de cultivos en climas fríos.
4. Muy baja temperatura (<50°C)
La energía geotérmica de muy baja temperatura representa la forma más accesible de energía geotérmica, ya que incluso en zonas no volcánicas es posible aprovechar el calor del subsuelo. Se utiliza en sistemas de climatización mediante bombas de calor geotérmicas, que permiten extraer calor en invierno y disiparlo en verano.
Su eficiencia energética es superior a la de los sistemas tradicionales de calefacción y refrigeración, lo que la hace una opción sostenible para hogares y edificios comerciales.
Ejemplos de su aplicación incluyen sistemas de climatización geotérmica en aeropuertos y centros comerciales en EE.UU. y Canadá.
Ejemplos de usos y aplicaciones
La energía geotérmica tiene una amplia gama de usos:
- Climatización de edificios: Permite calefacción en invierno y refrigeración en verano de forma eficiente, reduciendo el consumo de energía convencional.
- Agua caliente sanitaria: Se usa en hogares, hospitales y centros deportivos, proporcionando un suministro constante y eficiente de agua caliente.
- Generación de electricidad: En centrales geotérmicas que aprovechan altas temperaturas para producir energía eléctrica de manera sostenible.
- Procesos industriales: Se emplea en el secado de productos agrícolas, destilación, pasteurización y esterilización en diversas industrias, optimizando la eficiencia térmica.
- Balnearios y turismo termal: Aprovechamiento de aguas termales con beneficios terapéuticos, promoviendo el turismo de bienestar y salud.
- Agricultura e invernaderos: Calentamiento de suelos y ambientes para mejorar la producción agrícola, permitiendo cultivos en condiciones climáticas adversas y reduciendo la dependencia de combustibles fósiles.
- Desalación de agua: Utilización del calor geotérmico para desalinizar agua de mar, proporcionando una solución sostenible para el abastecimiento de agua potable en regiones áridas.
- Deshielo de carreteras: Aplicación del calor geotérmico para evitar la acumulación de hielo en carreteras y aeropuertos, mejorando la seguridad vial en climas fríos.