Plantas Geotermoeléctricas

Más de un 40% de las plantas que generan la electricidad que llega a nuestras casas utilizan carbón u otros combustibles fósiles como fuente de energía primaria. Según un informe del 2008 de la Agencia Internacional de la Energía [IEA], la producción de electricidad es responsable del 32 % del uso global de combustibles fósiles y el 41 % de las emisiones de CO2, lo que equivale a 132 EJ (más de 36.000 TWh) de energía y 10.4 Gt de emisiones de CO2. Las plantas geotérmicas utilizan como recurso el calor de los fluidos de las capas internas de la Tierra, que están a muy elevadas temperaturas. Para ponernos en contexto, se estima que una de estas plantas puede generar más de 0.3 TWh y emite cerca del 5% de CO2 de una planta de carbón del mismo tamaño, según un informe de la Asociación de Energía Geotérmica [GEA] del 2012. Actualmente, unos 67 TWh de electricidad son producidos en el mundo a partir de energía geotérmica, explotada en más de 20 países [IEA]. Además, existe el término 'geotermoeléctrica' para denominar a las plantas geotérmicas que generan electricidad, ya que existen las que aprovechan el calor directo para calefacción.

Planta Geotermoeéctrica de Salton Sea, California [Imangen de ndktravels]

¿Tienes curiosidad? Yo también la tuve. Sigue leyendo.

Origen del calor de la Tierra

Si viajáramos al centro de la Tierra, encontraríamos que a mayor profundidad, mayor temperatura. Esta temperatura va desde 15 ºC de media global en la corteza terrestre hasta más de 5000 ºC en el núcleo interno, aproximadamente una media 3.5 ºC por cada 100 m [GEA]. Esta variación de temperatura con la profundidad se denomina gradiente geotérmico, y es uno de los parámetros más importantes para establecer el potencial de explotación de energía geotérmica de una zona. 

El calor utilizado por las geotérmicas viene esencialmente de la materia rocosa fundida del interior de la Tierra, llamado magma, localizado en el manto. El calor del magma proviene de varios procesos originados en las distintas capas de la Tierra:

1. Calor latente de cristalización de las reacciones de cristalización que se dan en el núcleo externo. 

2. Gravitación: La gravedad ejerce una fuerza de compresión de la masa terrestre hacia el centro de la Tierra, donde se genera calentamiento por fricción. 

3. Calor remanente de formación: el calor producto de las colisiones entre los residuos estelares que dio origen a la Tierra. 

4. Calor por rozamiento entre el núcleo externo y el manto: Es el calor que se libera como consecuencia del rozamiento producido por la distinta respuesta del núcleo externo y el manto ante los campos de fuerza de la Luna y el Sol (fuerzas de marea). 

5. Reacciones fisicoquímicas del manto: Las elevadas presiones y temperaturas hacen que los minerales sean inestables y cambien de fase continuamente.

6. Descomposición radiogénica de isótopos: Las rocas que forman la litosfera (corteza y manto superior) son ricas en minerales que contienen elementos radioactivos. Las reacciones de descomposición de estos isótopos son altamente exotérmicas. Este es el proceso que aporta más calor a la superficie de la Tierra.

¿Cómo funciona una planta geotérmica?

Durante cientos de años, el agua de la lluvia ha sido filtrada a través las grietas de la superficie terrestre y ha sido colectada en embalses bajo tierra. El magma calienta esta masa de agua hasta que se transforma en un fluído sobrecalentado. Para llegar a este fluído, se perforan pozos de producción de entre 1.5 y 10 km de profundidad [GEA], y el fluído asciende de forma natural debido a su sobrepresión. Según avanza hacia la superficie, la presión va disminuyendo, lo que hace que una pequeña fracción de la parte más volátil llegue a su punto de inflamación y se genere vapor.

Una vez en la superficie, el fluido geotérmico y la fracción de vapor pasan por varios procesos de cristalización y separación (ej. clarificadores, flash) con el mismo propósito: Maximizar la cantidad de vapor y transformarlo en un vapor con las características necesarias para mover los álabes de la turbina que generará la electricidad (baja, media y/o alta presión). Los restantes fluídos que no se han convertido se reinyectan bajo tierra a través de los pozos para su reutilización. 

¿Dónde están los recursos geotérmicos?

El calor interno de la tierra hacia la superficie es transferido en una media de 65 mW/m2 en continentes, 101 mW/m2 a través del suelo oceánico [GEA]. El resultado es un flujo de calor terrestre de unos 1400 EJ/año. Muchos autores han estimado el potencial teórico de energía existente a diferentes niveles de extracción desde 89.1 EJ/año (3 km) hasta 1051.8 EJ/año (10 km) [GEA]. Según estas estimaciones, el potencial teórico no es un factor limitante para la explotación geotérmica, pero en la práctica las plantas sólo pueden utilizar una parte de esta energía debido a limitaciones en la perforación y la permeabilidad de las rocas. Es por ello que la utilización a gran escala se ha concentrado en las áreas donde las condiciones geológicas crean embalses subterráneos hidrotérmicos, porque con una extracción de 4 km de profundidad se puede acceder a temperaturas de 180 a más de 350 ºC [GEA]. Estas zonas coinciden con las áreas de actividad volcánica o interacción de placas tectónicas. 

Localización de las plantas geotermoeléctricas (2010) [GENI, Global Network Energy Institute]

Regiones Geotérmicas [GENI, Global Network Energy Institute]

¿Energía renovable? ¿Energía sostenible?

Hay muchísimos debates sobre si este tipo de energía es renovable o no, sostenible o no. Pero como todo sistema de producción masiva de electricidad, la explotación de la energía geotérmica tiene sus pros y sus contras. Puede ser extraída sin necesidad de quemar un combustible fósil; emite menor cantidad de CO2, incluso algunos tipos de plantas no emiten CO2; al contrario que la eólica o solar, está disponible 365 días al año; y es relativamente barata (80% más barata que las plantas de combustibles fósiles [GEA]). Sin embargo, hay algunas preocupaciones medioambientales como la emisión de sulfuro de hidrógeno, el procesado de algunos fluídos geotérmicos que contienen bajos niveles de material tóxico y la competencia en el uso de recursos hídricos. Además, la disponibilidad está limitada a algunas localizaciones geográficas, y aunque se prevé que es un recurso que durará décadas, al final puede acabarse, especialmente cuando se realiza una mala gestión. Si el fluido es extraído a mayor velocidad de la que es naturalmente reemplazado dejaría de ser renovable. Para prevenir esta situación, algunas plantas han instalado condensadores o torres de refrigeración para enfríar el fluído y recuperar los minerales antes de ser reinyectado. 

Termino este post con una pequeña reflexión: Si los combustibles fósiles tienen los días contados (entre 30-70 años, según la fuente), la población mundial pasará de 7 en 2013 a 9 mil millones en 2050, recortamos en energías renovables, y no invertimos en superar los retos científicos y tecnológicos, ¿de dónde vamos a sacar la energía eléctrica?