Energía geotérmica: qué es, usos y generación eléctrica

Energía geotérmica: qué es, usos y generación eléctrica — descubre cómo produce electricidad limpia y constante y alimenta calefacción y refrigeración sostenibles.

La energía geotérmica (de las raíces griegas geo, que significa tierra, y de thermos, que significa calor) es la energía producida por el calor del interior de la cortezaterrestre.

Aunque el Sol calienta la superficie de la Tierra, el calor del interior de la Tierra no es causado por el Sol. La energía geotérmica de la corteza terrestre procede en un 20% de la formación original del planeta y en un 80% de la desintegración radiactiva de los minerales. La Tierra es más caliente en su núcleo y, desde el núcleo hasta la superficie, la temperatura se enfría gradualmente. Esta variación de temperatura con la profundidad se conoce como gradiente geotérmico y varía según la región (en condiciones promedio el gradiente es del orden de 25–30 °C por kilómetro, pero puede ser mucho mayor en zonas volcánicas).

Los recursos de energía geotérmica van desde el suelo poco profundo hasta el agua caliente y la roca caliente que se encuentran a unos cuantos kilómetros o millas bajo la superficie de la Tierra, y hasta las temperaturas extremadamente altas de la roca fundida llamada magma. Se ha utilizado para el baño desde el Paleolítico, pero ahora es más conocida para producir electricidad.

Tipos de recursos geotérmicos

• Temperatura superficial y suelo poco profundo: a unos 3 metros de profundidad la temperatura suele ser casi constante (entre 10 y 16 °C), útil para bombas de calor geotérmicas.
• Aguas termales y vapor: depósitos de agua caliente o vapor a poca profundidad que se usan tanto para calefacción directa como para generar electricidad.
• Roca caliente seca: recursos de roca a alta temperatura en profundidad (5–8 km o más). Requieren técnicas para crear permeabilidad y circular agua.
• Magma: la fuente más caliente y potente, todavía no accesible comercialmente para extracción directa de calor.

Generación eléctrica: cómo se produce

Para generar electricidad se aprovecha el calor o el vapor del subsuelo mediante centrales geotérmicas. Los tipos principales de plantas son:

• Plantas de vapor seco: usan directamente el vapor natural para accionar turbinas (pocas en número, dependen de depósitos de vapor puro).
• Plantas de flujo por destello (flash): extraen agua caliente a alta presión y la dejan “destellar” (flash) a menor presión para obtener vapor que acciona la turbina.
• Plantas de ciclo binario: transfieren calor del agua geotérmica a un fluido secundario de menor punto de ebullición que vaporiza y mueve la turbina; permiten aprovechar recursos de temperatura moderada (por ejemplo, desde ~70 °C y superiores).

Las centrales geotérmicas suelen ofrecer una producción eléctrica constante (alta factor de capacidad), lo que las hace valiosas como fuente de energía base complementaria a las renovables variables.

Usos directos de la energía geotérmica

Además de la generación eléctrica, la energía geotérmica se emplea directamente en muchas aplicaciones de calefacción y procesos industriales:

• Calefacción urbana y distritos de calefacción.
• Calefacción de viviendas y edificios comerciales.
• Invernaderos y acuicultura (calentamiento de piscinas y criaderos).
• Procesos industriales como secado de cosechas, pasteurización y lavandería industrial.
• Balnearios y turismo termal (fuentes termales y géiseres).

Los edificios de Islandia son un ejemplo emblemático de calefacción urbana por geotermia, gracias a sus numerosos emplazamientos geotérmicos.

Bombas de calor geotérmicas

En casi todas partes, el suelo a 3 metros por debajo de la superficie mantiene una temperatura casi constante de entre 10 y 16 °C (50 y 60 °F). Las bombas de calor geotérmicas aprovechan este recurso para calentar y enfriar edificios. Un sistema de bomba de calor geotérmica consta de una bomba de calor, un sistema de suministro de aire (conductos) y un intercambiador de calor, un sistema de tuberías enterradas en el suelo poco profundo cerca del edificio.

En invierno, la bomba de calor extrae calor del intercambiador del suelo y lo transfiere al interior; en verano el proceso se invierte y la bomba traslada el calor del interior al suelo. El calor extraído del aire interior durante el verano también puede utilizarse para proporcionar agua caliente. Aunque la bomba de calor requiere electricidad para funcionar, su eficiencia (coeficiente de rendimiento o COP) suele ser alta, proporcionando más energía térmica útil por unidad de electricidad consumida que los sistemas eléctricos directos.

Situación mundial y capacidad

En todo el mundo, la energía geotérmica se utilizó para producir unos 10 gigavatios de electricidad en el año 2007, aproximadamente el 0,3% de la electricidad utilizada globalmente en esa fecha. Desde entonces la capacidad instalada ha aumentado en varios gigavatios y el desarrollo continúa, especialmente en países con recursos geotérmicos favorables. Las mayores capacidades se concentran en países con actividad tectónica o volcánica significativa.

Proyectos avanzados y desafíos tecnológicos

Las centrales eléctricas y las aplicaciones térmicas de la energía geotérmica son tecnologías maduras. Sin embargo, los sistemas geotérmicos mejorados (EGS) son una tecnología emergente que busca ampliar el acceso a recursos de roca caliente seca mediante la creación de permeabilidad artificial (fracturación hidráulica) y la inyección/circulación de agua. Los EGS tienen potencial para acceder a enormes recursos, pero enfrentan desafíos técnicos (permeabilidad controlada, corrosión, gestión del agua) y ambientales (inducir sismicidad).

Los recursos de roca seca caliente se encuentran a profundidades de entre 5 y 8 km en muchas regiones y a profundidades menores en zonas geológicamente activas. El acceso a estos recursos implica inyectar agua fría en un pozo, hacerla circular por rocas fracturadas calientes y extraer el agua calentada por otro pozo. Actualmente, su uso comercial es limitado y en desarrollo. De forma similar, la tecnología existente no permite todavía recuperar el calor del magma de manera rentable y segura a gran escala.

Impactos ambientales y consideraciones

• Emisiones: la geotermia produce emisiones de gases de efecto invernadero mucho menores que los combustibles fósiles; sin embargo, algunos yacimientos liberan pequeñas cantidades de CO2, H2S u otros compuestos procedentes del subsuelo.
• Uso del agua y gestión de fluidos: es necesario manejar con cuidado los fluidos geotérmicos para evitar contaminación y pérdida de recursos.
• Inducida sismicidad: la inyección o extracción de fluidos, especialmente en EGS, puede causar sismos de pequeña magnitud; la gestión y monitoreo sísmico son esenciales.
• Impacto de superficie y paisajístico: las instalaciones ocupan suelo y pueden afectar ecosistemas locales si no se planifican adecuadamente.

Ventajas y desventajas

• Ventajas: fuente renovable y de bajas emisiones, producción continua (disponibilidad elevada), buena eficiencia para calefacción y aplicaciones industriales, reducción de dependencia de combustibles fósiles.
• Desventajas: recursos localizados (mejor en áreas geológicas favorables), costes iniciales altos para perforación e infraestructura, riesgos de corrosión y manejo de fluidos, posibles problemas sísmicos en proyectos de inyección.

Aplicaciones y ejemplos

En Estados Unidos, la mayoría de los depósitos geotérmicos de agua caliente se encuentran en los estados del oeste, Alaska y Hawai. Se pueden perforar pozos en los depósitos subterráneos para generar electricidad. Algunas centrales geotérmicas utilizan el vapor de un yacimiento para alimentar una turbina/generador, mientras que otras utilizan el agua caliente para hervir un fluido de trabajo que se vaporiza y luego hace girar una turbina. El agua caliente cerca de la superficie de la Tierra puede utilizarse directamente para obtener calor. Las aplicaciones de uso directo incluyen la calefacción de edificios, el cultivo de plantas en invernaderos, el secado de cosechas, el calentamiento del agua en piscifactorías y varios procesos industriales como la pasteurización de la leche.

Ejemplos notables incluyen complejos geotérmicos en Islandia (amplio uso para calefacción urbana), fuentes termales y géiseres utilizados turísticamente y para investigación, y regiones como California (The Geysers), Filipinas, Indonesia, Turquía, México, Kenia y Nueva Zelanda con desarrollos significativos de generación eléctrica.

Perspectivas y conclusiones

La geotermia es una fuente de energía con potencial para contribuir de manera estable y de baja emisión al mix energético, tanto en electricidad como en calefacción y procesos industriales. El desarrollo futuro depende de la mejora de tecnologías de perforación, reducción de costes, expansión de sistemas geotérmicos mejorados (EGS) y una gestión ambiental y sísmica rigurosa. Donde los recursos son accesibles, la geotermia ya ofrece soluciones eficientes y limpias que complementan otras fuentes renovables.

Preguntas y respuestas

P: ¿Qué es la energía geotérmica?

P: ¿Qué cantidad de la electricidad mundial se generó mediante geotermia en 2007?

P: ¿Qué temperatura mantiene el suelo a una profundidad de 3 metros por debajo de la superficie terrestre?

P: ¿Cómo pueden utilizarse las bombas de calor geotérmicas para calentar edificios?

P: ¿Los proyectos de sistemas geotérmicos mejorados son tecnologías maduras?

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