La energía geotérmica es un fenómeno natural intrínseco resultante del núcleo de la Tierra desde su formación hace 4.500 millones de años. A 2.900 kilómetros (1.800 millas) por debajo de la superficie de la tierra, el núcleo, a través de la inmensa atracción gravitacional, la fricción y la descomposición radiactiva del potasio-40 y el torio-232, alcanza temperaturas asombrosas de aproximadamente 9.392° Fahrenheit (5.200° Celsius) . La temperatura de la Tierra aumenta con la profundidad a un ritmo de aproximadamente 1° F por cada 77 pies de profundidad. Este es el gradiente geotérmico y es el mismo en la mayor parte del mundo.
Esta energía térmica se mueve a través de la tierra mediante procesos conocidos como convección, que se produce entre el núcleo exterior líquido de la tierra y el manto sólido, y la conducción a través de las placas terrestres en la superficie. Así, la energía térmica producida en el núcleo da lugar a manifestaciones naturales en la superficie terrestre. Según la ubicación y ciertas condiciones, la energía geotérmica puede manifestarse como volcanes, fumarolas , fumarolas de ácido bórico y géiseres .
Volcanes
Los volcanes son el ejemplo más destacado de una exhibición natural de energía geotérmica. Son estructuras geológicas muy complejas que han surgido de la tierra desde su formación hace miles de millones de años. Ha habido millones de volcanes activos durante la vida de la Tierra. Hoy, sin embargo, hay alrededor de 1.500 volcanes activos en la tierra, con temperaturas que oscilan entre 1200° y 2200°F (650° y 1200 °C). Hay un muchos más volcanes sumergidos en los océanos, aunque se desconoce el recuento sumergido actual.
Límite de placa divergente
Hay muchas formas por las cuales emerge una estructura volcánica. El primero ocurre en un límite de placa divergente. Esto suele ocurrir en las fisuras continentales y las dorsales oceánicas. A medida que dos placas tectónicas se separan del centro, denominado margen divergente, el magma generado en el manto superior fluye hacia arriba y llena el espacio. Todavía se debate si el magma mismo se abre camino hacia la superficie haciendo que las placas se separen, o simplemente llena el espacio cuando las placas se mueven. No obstante, la combinación del movimiento divergente de las placas y los reservorios de magma da lugar a volcanes en la superficie.
Límite de placa convergente
El segundo ocurre en los límites de placas convergentes (generalmente zonas de subducción). A medida que una placa oceánica se sumerge debajo de otra placa oceánica o una placa continental, la placa que desciende se calienta más debido a la fricción que se produce entre las dos placas y que conduce a la generación de magma. Esto se vuelve más eficiente debido a que los volátiles (principalmente agua) empujan hacia arriba en el manto, lo que reduce el punto de fusión del manto y genera más magma. Este es un proceso por el cual emergen muchos volcanes sumergidos.
Puntos calientes
Y el tercero se produce a través de puntos críticos. El origen de los puntos calientes de magma no se conoce bien y requiere más investigación. Sin embargo, el consenso es que la energía geotérmica del núcleo calienta el manto superior y da como resultado su fusión parcial a profundidades de alrededor de 62 millas (100 km). Estos puntos calientes ocurren independientemente de cualquier movimiento de placas tectónicas y crean muchas estructuras volcánicas a medida que las placas sobre ellos se mueven.
Energía geotérmica
Los sistemas volcánicos y la energía geotérmica son abundantes en todo el mundo y son una fuente de energía renovable . La mayoría piensa en las turbinas eólicas , las represas de agua y la energía solar como fuentes de energía alternativas, pero la energía geotérmica de la tierra también puede servir para ese propósito. En todo el mundo, hay muchos casos y aplicaciones para la energía geotérmica como fuente de energía renovable. La energía geotérmica es un excelente recurso para calefacción/refrigeración y electricidad.
Fuente para calefacción y refrigeración
En la mayoría de los lugares del mundo, la energía geotérmica de baja temperatura actúa como una fuente inmediata de calefacción para hogares, invernaderos y muchos procesos industriales. La energía geotérmica de baja temperatura se origina a partir de bolsas de calor alrededor de 302° F (150° C). Estos bolsillos generalmente se encuentran a solo unos metros debajo de la superficie. Este tipo de energía geotérmica es una parte fundamental de la cultura humana que se remonta a miles de años. La evidencia arqueológica muestra que grupos de nativos americanos se reunían alrededor de aguas termales naturales para descansar y recuperarse. Uno de los balnearios de aguas termales más famosos, construido en el año 60 d.C. por los conquistadores romanos, se encuentra en la ciudad de Bath, Inglaterra . Incluso hoy en día, las aguas termales de Chaudes Aigues, Francia, proporcionan energía y calor a hogares y empresas desde el siglo XIII.
Las bombas de calor geotérmicas son otro ejemplo del uso del calor de la Tierra como fuente de energía. Estas bombas requieren una perforación de aproximadamente 10 a 300 pies (3 a 90 metros) de profundidad. Esto es bastante superficial en relación con la mayoría de los pozos de petróleo y gas natural. Durante la estación fría, el agua y otros líquidos absorben el calor geotérmico y lo transportan hacia arriba, hacia las casas, edificios o fábricas, y emiten calor a través de sistemas de conductos. Por otro lado, durante el verano, el agua y los líquidos en las bombas se calientan y luego transportan este calor bajo tierra donde se enfría. Esencialmente, las bombas de calor geotérmicas también funcionan como acondicionadores de aire naturales.
Fuente para generación eléctrica
La energía geotérmica también es capaz de generar electricidad. Utilizando centrales eléctricas de vapor y centrales eléctricas de ciclo binario, la energía geotérmica se transforma en energía eléctrica. Las centrales eléctricas de vapor utilizan bolsas de vapor subterráneas naturales; el transporte del vapor a través de sistemas de tuberías permite su uso para alimentar turbinas y generar electricidad. La primera planta de energía de vapor seco construida está presente en Larderello, Italia , en 1911, y todavía hoy suministra electricidad a más de un millón de personas.
Las centrales eléctricas de ciclo binario utilizan agua y un compuesto orgánico líquido cuyo punto de ebullición es inferior al del agua. Para generar electricidad, el agua se calienta bajo tierra a aproximadamente 225° a 360° F (107° a 182° C) y luego circula por encima del suelo. Esta agua calentada, a su vez, calienta el compuesto orgánico líquido y crea vapor que luego fluye a través de una turbina para generar electricidad. Luego, el agua se transporta de regreso al subsuelo, donde la tierra la calienta nuevamente y el ciclo se reinicia. Un ejemplo famoso de este proceso ocurre en la instalación geotérmica de Beowawe en Nevada, EE. UU. Esta instalación utiliza un refrigerante industrial conocido como tetrafluoroetano que tiene un punto de ebullición mucho más bajo que el agua. Esto significa que se transforma en gas utilizando mucho menos calor, lo que a su vez alimenta la turbina y genera electricidad.
Ventajas y desventajas
La energía geotérmica es bastante abundante en la tierra y se genera continuamente desde la formación de la tierra hace miles de millones de años. Esta energía es renovable, limpia y accesible en casi cualquier parte del mundo. Las plantas de energía geotérmica también son mucho más compactas que otras plantas de energía. Para producir un GWh (un millón de kilovatios de energía durante una hora), una planta geotérmica utiliza el equivalente a unas 404 millas cuadradas (1046 kilómetros cuadrados) de tierra. Para producir los mismos GWh, la energía eólica requiere 1335 millas cuadradas (3458 kilómetros cuadrados), un centro solar fotovoltaico requiere 3237 millas cuadradas (8384 kilómetros cuadrados) y las plantas de carbón usan alrededor de 3642 millas cuadradas (9433 kilómetros cuadrados).
Sin embargo, la energía geotérmica no está exenta de inconvenientes. La mayoría de las bolsas y pozos de calor eventualmente se enfriarán si la extracción de calor es más rápida que la velocidad a la que se repone. Además, podría formarse una pequeña cantidad de gases de efecto invernadero como subproducto. La inyección de corrientes de agua a alta presión en la tierra se correlaciona con actividades sísmicas menores, pero es poco probable que cause un terremoto. Los costos iniciales de construir una planta de energía o bombas de calor también son muy elevados, y la mayoría de los países no pueden costearlos ni cuentan con la infraestructura adecuada para respaldar tales proyectos.
Perspectivas de futuro
La energía geotérmica está presente en toda la Tierra en muchas formas: volcanes, fumarolas, fumarolas de ácido bórico y géiseres. Los neozelandeses usan géiseres naturales y respiraderos de vapor para calentar sus hogares, invernaderos y granjas. En Islandia, los recursos de roca fundida y magma de los volcanes activos calientan los hogares y edificios de casi el 90% de la población del país. Estados Unidos es el país líder en el uso de energía geotérmica que genera la asombrosa cantidad de 15 mil millones de kilovatios-hora o el equivalente a quemar alrededor de 25 millones de barriles de petróleo cada año. A medida que pasan las décadas y la tecnología avanza, los costos de la tecnología geotérmica se reducen a medida que se vuelve más eficiente. Esto lo hace económica y logísticamente viable para muchas personas, empresas y países en un futuro próximo.