Energía Geotérmica: Qué es, Tipos y Cómo se Aprovecha

La energía geotérmica representa una de las fuentes de energía renovable más estables y fiables disponibles en nuestro planeta.

Se define como el calor contenido en el interior de la Tierra, un recurso energético inmenso que se manifiesta en fenómenos como volcanes, géiseres y aguas termales.

A diferencia de otras energías renovables como la solar o la eólica, su disponibilidad no depende de las condiciones meteorológicas, lo que la convierte en una fuente de energía de base constante.

Este calor interno se origina tanto por la desintegración de elementos radiactivos en el núcleo terrestre como por el calor residual de la formación del planeta.

El aprovechamiento de esta energía es clave para la transición hacia un modelo energético más sostenible y con menor impacto ambiental.

¿Qué es la Energía Geotérmica?

El término geotérmico proviene de las palabras griegas geo, que significa Tierra, y thermos, que se traduce como calor.

Por lo tanto, la respuesta a que significa geotermico es, literalmente, calor de la Tierra.

Esta energía se transfiere desde el núcleo del planeta hacia la superficie a través de un proceso de conducción y convección.

El flujo de calor constante genera un gradiente geotérmico, que es el aumento de la temperatura a medida que se incrementa la profundidad.

De media, la temperatura aumenta unos 3°C por cada 100 metros de profundidad, aunque este valor varía significativamente según la geología de la zona.

En áreas con alta actividad tectónica o volcánica, como las fallas o los límites de las placas, el gradiente puede ser mucho mayor, facilitando el acceso a recursos de alta temperatura.

La energia de la tierra se aprovecha principalmente a través de fluidos, como agua o vapor, que circulan por el subsuelo y transportan el calor hacia la superficie.

Estos fluidos, ya sea de forma natural o inyectados artificialmente, actúan como un vehículo para extraer la energía almacenada en las rocas calientes.

Una vez en la superficie, el calor puede ser utilizado directamente para calefacción o transformado en electricidad mediante turbinas y generadores.

La esencia de esta tecnología radica en perforar el subsuelo para acceder a estos reservorios de calor y ponerlos a trabajar en nuestro beneficio.

Es una fuente de energía limpia, ya que su ciclo de producción genera emisiones de gases de efecto invernadero mínimas o nulas.

Tipos de Yacimientos Geotérmicos

Los yacimientos geotérmicos no son todos iguales; se clasifican principalmente según la temperatura del fluido que contienen.

Esta clasificación determina el tipo de aprovechamiento tecnológico que se puede realizar y la eficiencia de la conversión energética.

Cada tipo de yacimiento tiene aplicaciones específicas, desde la generación de electricidad a gran escala hasta la climatización de edificios individuales.

Yacimientos de Alta Temperatura

Estos yacimientos son los más valiosos para la producción de electricidad y se encuentran en zonas geológicamente muy activas.

Presentan temperaturas superiores a los 150°C, lo que permite la existencia de vapor de agua a alta presión en el subsuelo.

El vapor se extrae mediante pozos de producción y se dirige directamente a una turbina para generar energía eléctrica, en un proceso conocido como ciclo de vapor seco.

En otros casos, el agua a alta presión se lleva a la superficie, donde la reducción de presión provoca su vaporización súbita (flash), y ese vapor mueve la turbina.

Son los sistemas más eficientes para la generación eléctrica geotérmica, pero su localización está restringida a áreas con un gradiente geotérmico excepcional.

Yacimientos de Media Temperatura

Con un rango de temperatura entre 100°C y 150°C, estos yacimientos también son aptos para la generación de electricidad, aunque con menor rendimiento.

Dado que el fluido no alcanza una temperatura suficiente para producir vapor de alta presión de forma eficiente, se utilizan tecnologías de ciclo binario.

En estos sistemas, el agua caliente del subsuelo se utiliza para calentar un segundo fluido con un punto de ebullición más bajo, como el isopentano o el amoníaco.

El vapor de este segundo fluido es el que impulsa la turbina, generando electricidad sin que el agua geotérmica entre en contacto con la atmósfera.

Además, el calor de estos yacimientos es ideal para aprovechamiento directo en sistemas de calefacción urbana (district heating) o en procesos industriales.

Yacimientos de Baja Temperatura

Estos yacimientos presentan temperaturas que oscilan entre 30°C y 100°C y se encuentran en áreas con acuíferos a profundidades moderadas.

Su principal aplicación no es la generación eléctrica, sino el uso directo del calor para fines térmicos.

Son perfectos para alimentar redes de calefacción de distritos, calentar invernaderos, piscifactorías y para procesos industriales que requieren calor a baja temperatura.

Los balnearios y spas son otro ejemplo clásico del aprovechamiento de estos recursos, utilizando las propiedades térmicas y minerales del agua.

Su distribución geográfica es mucho más amplia que la de los yacimientos de alta temperatura.

Yacimientos de Muy Baja Temperatura

Se caracterizan por tener temperaturas inferiores a 30°C y se encuentran a pocos metros de la superficie terrestre.

El calor presente a esta profundidad es constante durante todo el año, lo que los convierte en un excelente intercambiador térmico.

Se aprovechan mediante sistemas de bomba de calor geotérmica para la climatización (calefacción y refrigeración) de edificios.

La gran ventaja es que estos recursos están disponibles en prácticamente cualquier lugar, ya que no dependen de anomalías geológicas.

El gradiente geotérmico local solo influye en la eficiencia del sistema, no en su viabilidad.

Cómo se Aprovecha la Energía Geotérmica

El aprovechamiento de la energía geotérmica varía drásticamente según la temperatura del recurso disponible.

Las tecnologías se han adaptado para maximizar la eficiencia en cada uno de los escenarios, desde la producción eléctrica hasta la climatización doméstica.

Aprovechamiento para Electricidad

La generación eléctrica es la aplicación más conocida de la energia geotermica de alta y media temperatura.

Existen tres tipos principales de centrales eléctricas geotérmicas:

• Centrales de vapor seco: Utilizan directamente el vapor extraído del subsuelo para mover las turbinas. Es la tecnología más antigua y sencilla.
• Centrales de vapor flash: Bombean agua caliente a alta presión a un depósito de baja presión en la superficie. El cambio de presión hace que el agua se evapore rápidamente (flash), y el vapor resultante impulsa la turbina.
• Centrales de ciclo binario: Usan el agua geotérmica para calentar un fluido secundario con un punto de ebullición bajo. El vapor de este fluido secundario mueve la turbina. Este método permite generar electricidad a partir de temperaturas más bajas.

Una vez utilizado, el agua o vapor condensado se reinyecta en el subsuelo para recargar el yacimiento y mantener la sostenibilidad del recurso.

Aprovechamiento Directo del Calor

El uso directo del calor es una de las formas más eficientes de aprovechar los recursos de media y baja temperatura.

En este caso, no se transforma el calor en otra forma de energía, sino que se utiliza tal cual se extrae.

Las redes de calefacción urbana son una aplicación muy extendida en países como Islandia o Francia.

Consisten en una red de tuberías que distribuye el agua caliente desde el yacimiento geotérmico a hogares, oficinas y edificios públicos.

Otras aplicaciones incluyen la calefacción de invernaderos, el secado de productos agrícolas, la acuicultura y diversos procesos industriales.

Climatización con Bombas de Calor Geotérmicas

Esta tecnología aprovecha la temperatura estable del subsuelo (yacimientos de muy baja temperatura) para climatizar edificios.

En invierno, la bomba de calor extrae calor del subsuelo y lo transfiere al interior del edificio para calentarlo.

En verano, el proceso se invierte: la bomba extrae el calor del edificio y lo disipa en el subsuelo, que está más fresco que el aire exterior.

Este intercambio se realiza a través de un circuito de tuberías enterrado en el suelo. Existen dos configuraciones principales:

• Sistemas abiertos: Captan agua directamente de un acuífero subterráneo, la hacen pasar por la bomba de calor y la devuelven al acuífero.
• Sistemas cerrados: Un fluido caloportador (generalmente agua con anticongelante) circula por un circuito cerrado de tuberías enterradas, que pueden ser verticales (perforaciones profundas) u horizontales (zanjas superficiales).

Estos sistemas son mucho más eficientes que las bombas de calor que intercambian con el aire, ya que la temperatura del subsuelo es mucho más estable.

La Energía Geotérmica en Cataluña: Un Caso de Estudio

En Cataluña, el aprovechamiento geotérmico se ha centrado mayoritariamente en los recursos de muy baja temperatura.

La tecnología predominante es la climatización de edificios mediante sistemas de bomba de calor geotérmica.

Esta elección responde a las características geológicas del territorio, que no cuenta con yacimientos de alta temperatura fácilmente accesibles.

Sin embargo, las condiciones para la geotermia de muy baja temperatura son excepcionalmente favorables en casi toda la región.

La gran ventaja de esta tecnología es que las exigencias geológicas para su implementación son mínimas.

Esto permite su instalación en la práctica totalidad del territorio, tanto en zonas urbanas como rurales.

El rendimiento de estos sistemas supera con creces al de las bombas de calor aerotérmicas, que intercambian calor con el aire exterior.

La razón es la estabilidad térmica del subsuelo, que se mantiene a una temperatura constante durante todo el año, a diferencia del aire, que sufre grandes variaciones.

Esta estabilidad garantiza una alta eficiencia energética y notables ahorros en el consumo eléctrico para calefacción y refrigeración.

Se utilizan tanto sistemas cerrados, con intercambiadores verticales u horizontales, como sistemas abiertos que aprovechan los acuíferos subterráneos.

El desarrollo de esta tecnología en Cataluña es un ejemplo de cómo adaptar el aprovechamiento geotérmico a las condiciones locales, promoviendo la eficiencia energética en la edificación.

Ventajas y Desafíos de la Energía Geotérmica

Como toda fuente de energía, la geotérmica presenta un balance de beneficios significativos y algunos retos que deben ser gestionados.

Ventajas

Los puntos a favor de la energía geotérmica la posicionan como un pilar fundamental en la transición energética.

• Energía renovable y sostenible: El calor de la Tierra es un recurso prácticamente inagotable a escala humana.
• Alta disponibilidad y fiabilidad: Las centrales geotérmicas pueden operar las 24 horas del día, los 365 días del año, proporcionando una carga de base estable a la red eléctrica.
• Bajas emisiones de CO2: Las emisiones de gases de efecto invernadero son mínimas en comparación con los combustibles fósiles.
• Menor impacto visual y de terreno: Las plantas geotérmicas ocupan una superficie mucho menor por megavatio generado que otras plantas energéticas.
• Costes de operación reducidos: Una vez construida la planta, el combustible (el calor de la Tierra) es gratuito, lo que se traduce en costes operativos bajos y predecibles.
• Independencia energética: Permite a los países reducir su dependencia de la importación de combustibles fósiles.

Desafíos

A pesar de sus múltiples beneficios, la implementación de la energía geotérmica también enfrenta ciertos obstáculos.

• Elevada inversión inicial: Los costes de exploración, perforación y construcción de una central geotérmica son muy altos, lo que supone una barrera de entrada.
• Riesgo en la exploración: La perforación de pozos no garantiza encontrar un recurso geotérmico viable, lo que implica un riesgo financiero significativo.
• Limitación geográfica: Los yacimientos de alta temperatura, ideales para la generación eléctrica, están concentrados en regiones geológicamente activas.
• Potencial de sismicidad inducida: La inyección y extracción de fluidos en el subsuelo puede, en casos muy raros, provocar microsismos.
• Emisiones de gases disueltos: El fluido geotérmico puede contener gases disueltos como sulfuro de hidrógeno (H2S) o dióxido de carbono (CO2), que deben ser gestionados para evitar su liberación a la atmósfera.

Conclusión

La energía geotérmica es una fuente de energía limpia, renovable y constante que aprovecha el calor interno de nuestro planeta.

Su versatilidad permite un amplio abanico de aplicaciones, desde la generación de electricidad a gran escala hasta la climatización eficiente de un solo hogar.

Los diferentes tipos de energia geotermica, clasificados por temperatura, determinan la tecnología más adecuada para su aprovechamiento.

Los yacimientos de alta temperatura son ideales para producir electricidad, mientras que los de temperaturas más bajas se destinan a usos térmicos directos.

La tecnología de bomba de calor geotérmica, que utiliza recursos de muy baja temperatura, destaca por su aplicabilidad universal y su alta eficiencia.

Esta tecnología ofrece ahorros energéticos sustanciales y reduce la dependencia de los combustibles fósiles en el sector de la edificación.

Si bien los altos costes iniciales y los riesgos geológicos representan un desafío, los beneficios a largo plazo son indiscutibles.

La fiabilidad, la baja huella de carbono y la capacidad de proporcionar energía de base hacen de la geotermia un complemento perfecto para otras renovables intermitentes.

A medida que la tecnología avanza y se reducen los costes, el papel de la energía geotérmica en la matriz energética global está destinado a crecer.

Representa una solución robusta y sostenible, fundamental para alcanzar los objetivos de descarbonización y construir un futuro energético más seguro y limpio.