Energía geotérmica | ¿En qué consiste la energía más poderosa?

Uno de los principales debates que se está llevando en la actualidad es sobre el aprovechamiento de otros tipos de energías renovables. Y la energía geotérmica es el elemento clave para este proceso, debido a que tiene una gran capacidad para abastecer las necesidades de la población.

De hecho, diversas organizaciones se encuentran tratando de impulsar su uso. Por eso es importante entender en qué consiste la energía geotérmica, cuáles son sus ventajas y desventajas y por qué se considera importante.

¿Qué es la energía geotérmica?

La palabra «geotérmico» significa calor de la Tierra, de acuerdo a su traducción del griego. La energía geotérmica se define como una energía que se obtiene del calor del interior de la Tierra. A través de los  procesos de interacción de agua subterránea y rocas se produce lo que se conoce como sistema geotérmico. Esta es un tipo de energía renovable. Por otra parte, la capacidad de regenerarse hace que la energía geotérmica sea considerada como una fuente inagotable.

Cabe señalar que el calor de la Tierra se produce debido a la desintegración de elementos radiactivos como los isótopos de uranio, torio y potasio en la corteza terrestre, combinado con los efectos gravitacionales que formó la Tierra.

Cuando se hablan de alternativas a los combustibles fósiles, la geotérmica es la menos mencionada. Sin embargo, tiene una capacidad extraordinaria. En países como Finlandia, Estados Unidos, Japón, Alemania, Holanda y Francia fue implantada desde hace décadas, si bien Suecia lleva la delantera en la utilización de este tipo de energía. Este país la implementó en 1979, como consecuencia de la crisis petrolera.

Los avances de la ciencia solo permiten que se exploten los yacimientos hidrotermales. Pero, en general, se calcula en el orden de 12,6 billones de exajoules el contenido total de calor de la tierra. Imagina si esto sucede a gran escala.

Con probabilidad esta energía puede convertirse en un boom de exploración y explotación. De acuerdo con distintos investigadores, la energía geotérmica presenta el 0,4 % del total de generación eléctrica mundial. Y eso que solo se están explotando los sistemas hidrotermales de alta temperatura.

¿Cómo se obtiene la energía geotérmica?

Una de las principales formas de obtener este tipo de energía es mediante las bombas de calor geotérmicas (BCG). Este tipo de bombas han tenido una evolución impresionante en los últimos cinco años. Esta unidad tiene un funcionamiento sencillo. Se encarga de extraer la energía concentrada en la Tierra y llevarla hasta las edificaciones. Es capaz de proveer frío o calor, según las necesidades.

Las BCG no solo se emplean por sí mismas, sino que se está experimentando una explotación híbrida, mediante energía fotovoltaica. La principal ventaja es que todo el proceso sería «gratis»; o, al menos, con un bajo costo. El proyecto consiste en cubrir el consumo eléctrico que necesita la BCG con la producción solar fotovoltaica.

Clasificación de los sistemas geotérmicos

Sistemas hidrotermales convectivos

Pueden ser de tipo continental y submarino. El primero de ellos alcanza temperaturas mayores a 180 °C y menores a 100 °C, su uso es directo y eléctrico. La segunda alcanza temperaturas de hasta 130 °C, lo que favorece la potencial generación de electricidad.

Estos yacimientos se componen de una fuente de calor local que es el medio de transporte del calor. Estos fluidos llegan hasta los acuíferos que son un grupo de rocas capaz de alojar agua de lluvia o de otros acuíferos. Allí se almacenan por un largo tiempo.

Posteriormente se encuentra una roca sello, es decir, una roca con menor permeabilidad que se interpone entre el acuífero y la superficie. Estos yacimientos se manifiestan a través de manantiales calientes, géiseres, lagunas de lodo hirviente o suelos calientes.

De esta manera, el proceso para transformar esto es energía, es en teoría, bastante sencillo. Se extraen fluidos bifásicos (líquido y vapor) de alta temperatura. El vapor se conduce hacia turbinas de generación. De esta forma, el agua es reutilizada y luego se regresa al suelo.

Algunas de las plantas que realizan estos procesos son The Geysers en California, Larderello en Italia y Matsukawa en Japón.

Sistemas geotérmicos mejorados o de roca seca

Estas rocas tienen las características de que no cuentan con fluidos suficientes en el fondo para transportar el calor hacia la superficie. Para su explotación, se requiere de los siguientes pasos:

1. Perforar un pozo. Estas rocas se encuentran ubicadas entre 2 y 4 kilómetros de profundidad.

2. Inyectar agua a presión.

3. Perforar otro pozo e inyectar un fluido que se calienta mientras desciende.

Acerca de este sistema, el Instituto de Tecnología de Massachusetts en el año 2016 sostuvo que se podrían obtener alrededor de cien mil megawatts para el año 2050.

Estos sistemas se encuentran en desarrollo. El más importante proyecto es el demostrativo de Soultz-sous-Forêts, en Francia.

Sistemas geotérmicos geopresurizados

En este tipo de sistemas se pueden encontrar energía acumulada de tres formas: presión hidráulica, agua caliente y metano. Este tipo de recursos en la actualidad no están siendo explotados. Además de que se desconoce su ubicación en algunos lugares del mundo. Los sistemas geotérmicos geopresurizados soportan una gran presión. La temperatura del agua puede llegar a alcanzar los 300 °C. También están saturados con gas natural.

Sistemas geotérmicos marinos

Hasta ahora no se explotan comercialmente. Este tipo de sistemas se encuentran en el fondo del mar. Se pueden manifestar como chimeneas hidrotermales, descargas y fumarolas.

Sistema geotérmicos magmáticos

Estos sistemas tienen la energía almacenada en las cámaras magmáticas de los volcanes activos. Para su explotación, se han desarrollado algunos proyectos piloto en Hawái e Islandia. Sin embargo, hace falta que avance la tecnología para poder incrementar la capacidad de explotación.

Lo más atractivo son las altas temperaturas que superan las 800°C.

Sistemas geotérmicos supercríticos

Se caracterizan porque contiene fluidos que alcanzan estados entre líquido y gas. De acuerdo con los investigados, estos sistemas son capaces de contener diez veces más energía, si se comparan con los sistemas geotérmicos convencionales.

La factibilidad de su explotación sigue en discusión. Una de las investigaciones más importantes fue realizada en el 2010. Se llevó a cabo en Islandia y recibió por nombre Iceland Deep Drilling Project.

Usos de la energía geotérmica

Ahora bien, una de las preguntas más frecuentes es para qué sirve la energía geotérmica. Y la verdad es que puede ser empleada de diferentes maneras. Tanto así que nuestra cotidianidad se puede ver beneficiada.

• Uno de los más populares es para la desalinización. Es decir, eliminar la sal en el agua del mar. A través del sistema evaporación / condensación con aire caliente. Se considera que Douglas Firestone fue el pionero en esta idea. Pero en 2001 fue cuando se probó que esto podía ser así.
• Otro de los usos más frecuentes y populares es para generar energía eléctrica. En la actualidad la producción ha crecido en grandes niveles. Estados Unidos uno de los países que lleva la delantera.
• Es ideal para la calefacción. No solo para sistemas domésticos sino que mediante redes directas puede surtir a conjuntos urbanos. Otra forma de utilizarlas es mediante redes de distribución.
• Este tipo de energía sirve para refrigerar. Así como puede generar calor, este sistema puede ser empleado de manera inversa.
• De acuerdo a un estudio llevado a cabo en el 2005, este tipo de energía fue usado para aplicaciones relacionadas a calentamiento de invernaderos y estanques.
• De igual forma, se están llevando estudios que pretenden extender su uso hasta  la purificación de efluentes.
• La Comisión Federal de Electricidad en México hace algunos años propuso que la energía geotérmica puede ser utilizada para extracción de fertilizantes.

Cómo funciona la energía geotérmica

Una central geotérmica tiene una capacidad de funcionamiento impresionante. Existen tres tipos de captación de este tipo de energía que están siendo utilizados a nivel global.

• Captación horizontal enterrada: Es un sistema de tuberías, en cuyo interior circula agua con anticongelante. Son fabricadas en polietileno o colectores horizontales. Esta captación se realiza a 1,5 metros de profundidad o menos.
• Captación vertical mediante sondas geotérmicas: Al igual que el anterior utiliza un sistema de tuberías. Pero la diferencia es que son posicionadas de forma vertical. De esta manera, alcanzan hasta los 150 metros de profundidad.
• Captación por ríos o lagos: Es uno de los métodos más «sencillos». Los captadores son utilizados encima de aguas termales.

Una vez que la energía es captada pasa a una bomba de calor geotérmica. Luego, la energía pasa a un evaporador. El calor se mezcla en un circuito con refrigerante y pasa a un estado gaseoso. De allí pasa al comprensor y el condensador, donde intercambia calor. Este vapor una vez que es condesado puede volverse a inyectar en el subsuelo. Esta agua puede ser reciclada en distintas oportunidades. De allí que este sea un tipo de energía limpia, cíclica y sostenible.

Ventajas y desventajas de la energía geotérmica

Ventajas de la energía geotérmica

• Evita que algunos países tengan que depender de la importación de electricidad.
• Es un tipo de energía ecológica y amigable con el medio ambiente.
• Disminuye la cantidad de ruidos.
• Puede mantenerse a precios locales o nacionales, debido a que no se rige por precios internacionales.
• Las plantas geotérmicas ocupan menos espacio que otro tipo de plantas.
• Disminuye las dependencias actuales al uso de combustibles fósiles y otro tipo de energía no renovables.
• Las investigaciones más optimistas apuntan a que un kilómetro cúbico de roca caliente es equivalente a 40 millones de barriles de petróleo.

Desventajas de la energía geotérmica

• No se puede transportar como materia prima.
• Solo está disponibles en lugares naturales. Es decir, el hombre no puede modificar la ubicación de un yacimiento, por ejemplo.
• Se corre el riesgo de ácido sulfhídrico. Es un tipo de gas que irrita la nariz, la garganta y los pulmones. De esta forma, este gas en grandes cantidades puede ser letal para el ser humano.
• Se puede alterar el movimiento de las capas tectónicas. Ha habido casos donde la inyección de agua fría en el subsuelo produce sismos de pequeña magnitud.
• La exploración y explotación de áreas aptas puede generar desinterés en los inversores, ya que requiere esfuerzo logístico y económico encontrar zonas habilitadas para ejecutar estos proyectos.

Lectura sugerida: Ventajas y desventajas de la energía geotérmica | ¿Cuáles son sus pros y contras?

Ejemplos de energía geotérmica

Volcanes

Una de ellas son los volcanes. Estos son capaces de expulsar magma hirviente, gases tóxicos y ceniza en suspensión. Gases como el metano y el dióxido de carbono también pueden se encuentran en los volcanes. En Islandia se han instalado plantas geotérmicas para aprovechar la energía que emana de los volcanes. Tiene una capacidad de 665 MW.

Esto se relaciona con el Horno-Asador de Timanfaya. Para este proyecto se diseñó un horno que opera por la exposición de la comida a la actividad magmática y geotérmica. Se usa en un restaurante ubicado en el parque nacional de Timanfaya, que aprovecha la actividad geotérmica de la zona.

En México, específicamente en la planta de energía geotérmica Cerro Prieto, se aprovecha la actividad magmática del subsuelo. Esta planta cuenta con una capacidad de 720 MW. Está muy cerca del volcán Cerro Prieto y poseen planes de aumentar su generación de energía.

En Hellisheið, Islandia, se encuentra la central geotérmica. Esta genera energía eléctrica (303 MWe) y energía térmica (133 MWt).

Géiseres

Otro ejemplo son los géiseres en Estados Unidos. Produce 950 MW de electricidad a un 63 % de su capacidad productiva. La energía la obtienen de más de 300 géiseres activos.

Algo similar sucede en el Parque Yellowstone, donde se ubican 200 géiseres y 1 000 fuentes termales distintas. Además de que al ser tan activo en los movimientos volcánicos, siempre está cubierto de lava y sedimentos.

Tipos de energía geotérmica

• Energía geotérmica de alta temperatura. Oscilan en temperaturas desde 150 y 400 °C. Se encuentran en áreas activas de la corteza terrestre. La explotación de este tipo de recursos utiliza métodos similares a la extracción del petróleo.
• Energía geotérmica de temperaturas medidas. Se usa en centrales pequeñas, con temperaturas que van desde 70 y 150 °C. Mediante máquinas de absorción pueden tener un mejor rendimiento para sistemas de calefacción.
• Energía geotérmica de baja temperatura. Oscilan entre 50 y 70 °C. Es aprovechable en cuencas sedimentarias.
• Energía geotérmica de muy baja temperatura. Pueden alcanzar los 20 y 50 °C. Es ideal para satisfacer necesidades domésticas.

¿Qué buscan los investigadores en la energía geotérmica?

Todo apunta a que esta energía será explotada en grandes niveles. La pregunta es «¿cómo los investigadores esperan lograr este resultado?».

Primeramente, se espera que se aprovechen los sistemas de roca seca caliente. Para ello, deben mejorar la tecnología actual. Con esto, se estima que las temperaturas sean superiores a las actuales, sobre todo en profundidades aún no exploradas.

Ahora bien, la energía geotérmica hay que aprovecharla como un eje integral. En relación a esto, para mejorar los tiempos, costos y reducir el impacto de la energía convencional se espera que sea utilizado como conjunto. Con el propósito de cubrir la demanda.

Por otro lado, a fin de que los procesos sean más eficientes se espera un incremento en los ciclos termodinámicos. De esta manera, la línea indica que se aplique la de energía geotérmica de baja y mediana temperatura para promover planes de ahorro energético.

Palabras finales

Hoy en día sabemos que la generación tradicional de energía y el uso de combustibles fósiles no es la única alternativa. En ese sentido, existe una energía increíblemente poderosa que puede resolver las necesidades eléctricas de la población. Todos los esfuerzos apuntan a buscar un mundo más sostenible. ¿El reto? Lograr la innovación necesaria para explotarla de la mejor manera.