Fuente: https://www.nrel.gov/
Menos conocida que algunos de sus primos de energía renovable, la energía geotérmica ahora está en aumento gracias a su capacidad para proporcionar energía, calor, refrigeración, minerales críticos y más las 24 horas del día, los 7 días de la semana

La energía geotérmica, literalmente «calor de la Tierra», puede ser difícil de ver, pero gracias al creciente interés público y la divulgación, ya no se oculta.
Si bien las plantas de energía geotérmica han proporcionado energía renovable durante más de 100 años, investigaciones y avances recientes han demostrado que la geotermia es más que una fuente de energía limpia las 24 horas del día, los 7 días de la semana.
“La energía geotérmica es un recurso triple: una fuente de energía para calefacción, refrigeración y energía; un recurso de almacenamiento ; y un recurso mineral ”, dijo Amanda Kolker, gerente del programa de laboratorio geotérmico en el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL). “La Tierra en sí misma tiene el potencial de abordar una variedad de obstáculos en la transición hacia un futuro de energía limpia”.
Con la capacidad de proporcionar electricidad, calefacción, refrigeración y almacenamiento , además del potencial para acceder a minerales críticos, capturar y secuestrar carbono, producir hidrógeno verde y más , el calor natural de la Tierra es una fuente de energía lista para ser aprovechada. Y los inversores y líderes de los sectores público y privado están avanzando a toda máquina con la geotermia.
El gobernador de Colorado, Jared Polis, lanzó recientemente la iniciativa “ El calor debajo de nuestros pies ” para fomentar la generación de energía geotérmica renovable en Colorado y otros estados del oeste . Como parte de esta iniciativa de la Asociación de Gobernadores del Oeste , NREL brindó asistencia técnica para el proyecto y organizó un evento el 24 de febrero de 2023, mostrando la cartera de investigación geotérmica del laboratorio a más de 50 líderes presentes.
El gobernador de Colorado, Jared Polis, recorrió el NREL y aprendió sobre las capacidades de investigación de última generación del laboratorio durante el evento de la Asociación de Gobernadores del Oeste el 24 de febrero de 2023. Foto de Joe Del Nero, NREL
Desde la mejora de la identificación de recursos geotérmicos hasta el avance de las técnicas de perforación y la expansión de tecnologías emergentes , siga leyendo para ver cómo los investigadores de NREL están descubriendo cómo la geotermia puede usar el planeta para salvarlo.
Usando el planeta para salvar el planeta
“La Tierra en sí misma es una fuente de energía renovable”, dijo Kolker. “El calor de la tierra siempre está disponible; no desaparece cuando se pone el sol. Puede desempeñar un papel importante en la transición energética al proporcionar energía limpia confiable las 24 horas del día, los 7 días de la semana, y puede hacer mucho más de lo que la gente piensa”.
Si viajaras al centro de la Tierra, encontrarías que está tan caliente como la superficie del sol.
Afortunadamente, no necesitamos llegar a esas temperaturas de 9000 °F para aprovechar la energía geotérmica. Las plantas de energía geotérmica pueden funcionar con temperaturas que van desde solo 250° a 700°F; el calor se puede usar directamente desde temperaturas que oscilan entre 100 °F y 300 °F para calefacción de espacios, usos industriales y agrícolas; y los constantes 50° a 60°F que se encuentran a solo 10 pies bajo tierra pueden calentar y enfriar edificios y comunidades de todos los tamaños.
“No tiene que ser este increíble y dramático volcán”, dijo Whitney Trainor-Guitton, investigadora de geociencias del NREL. “Podemos usar agua subterránea a 55 °F para calentar y enfriar terminales de autobuses, campus universitarios e incluso pueblos enteros”.
Los recursos hidrotermales, que naturalmente tienen todo lo necesario para la energía geotérmica a gran escala, es decir, calor, agua y vías para que el agua se mueva, son lo que mucha gente piensa cuando piensa en «geotermia». Estos tipos de centrales eléctricas han estado proporcionando energía limpia durante más de un siglo, pero solo ciertas ubicaciones son ideales. «Tener las tres cosas presentes (agua, calor y rutas de flujo) es raro», dijo Koenraad Beckers, un científico térmico de NREL. investigador. “Esto se ve en lugares como California, Nevada, Islandia, Nueva Zelanda y Japón. Pero puede usar algún tipo de tecnología geotérmica en cualquier parte del mundo y, a menudo, puede llevar el agua y los caminos al sitio”.
Ahora, las nuevas tecnologías pueden traer componentes faltantes a áreas que no los tienen de forma natural y pueden permitir la geotermia a escala comunitaria o doméstica, abriendo la puerta a la geotermia en todas partes.

El invernadero Milgro Nursery cerca de Newcastle, Utah, es uno de las docenas de invernaderos en todo el país que se benefician del uso directo de la energía geotérmica. El recurso geotérmico de Newcastle está ubicado en el margen sureste del Valle Escalante, en la zona de transición entre las provincias fisiográficas Basin and Range y Colorado Plateau. Foto por NREL
hogares. NREL está trabajando para desarrollar nuevos métodos para explorar y caracterizar estos sistemas extra-calientes, y el proyecto, una colaboración entre universidades, institutos y compañías de energía internacionales, espera aprovechar el tremendo potencial.
“La energía de un solo pozo geotérmico supercaliente podría producir de 5 a 10 veces lo que produce un pozo geotérmico comercial en la actualidad”, dijo Kolker. “Si podemos encontrar y producir estos sistemas, esto podría cambiar las reglas del juego”.
Aprovechando lo no explotado
Si bien las tecnologías emergentes son clave para escalar la energía geotérmica, todavía hay abundantes recursos que podrían aprovecharse utilizando enfoques convencionales. Estados Unidos actualmente lidera el mundo en la producción de electricidad geotérmica debido a las condiciones geotérmicas naturales e ideales en los estados occidentales, evidenciadas a través de fuentes termales y géiseres en la superficie. Pero, ¿cómo podemos encontrar las áreas naturalmente más adecuadas para las plantas de energía geotérmica a gran escala que alimentan miles de hogares?
“NREL está desarrollando nuevos métodos de modelado que nos permitan encontrar estadísticamente los mejores lugares para colocar pozos geotérmicos para tener el mayor éxito”, dijo Trainor-Guitton. “Cuando se habla de perforar un pozo muy costoso de $10 millones, necesitamos métodos sofisticados para comprender la probabilidad de que el recurso esté allí”.
La industria del petróleo y el gas ha desarrollado técnicas de modelado similares para su exploración durante las últimas décadas, pero las condiciones necesarias para el petróleo y el gas son diferentes a las necesarias para la geotermia.
“Estos modelos han sido bien desarrollados para petróleo y gas porque la propuesta de valor era más obvia; mentes brillantes se dedicaron a desarrollar estas técnicas”, dijo Trainor-Guitton. “La energía geotérmica está al borde de que esto suceda, y NREL está a la vanguardia”.
La ciencia de datos también puede ayudar a mejorar nuestra evaluación de grandes recursos geotérmicos sin explotar mediante la consolidación de conjuntos de datos de todo el mundo y el uso de algoritmos de aprendizaje automático para reconocer qué respuestas en esos conjuntos de datos son favorables.
“En términos generales, hay muchas tareas que consumen demasiado tiempo o son un desafío para que los humanos las realicen por su cuenta”, dijo Nicole Taverna, científica de datos geotérmicos de NREL. “La ciencia de datos nos permite dar el siguiente paso más allá de lo que el cerebro humano es capaz de hacer y reconocer patrones que podríamos pasar por alto”.

Los estudiantes exploran una visualización en 3D en el Insight Center de NREL Energy Systems Integration Facility que representa una serie de túneles y pozos en una mina en Dakota del Sur. El proyecto, en el que NREL es socio, utilizó la mina de Dakota del Sur como banco de pruebas de técnicas nuevas y mejoradas para estimular la producción de energía geotérmica. Los tubos rojos representan pozos de inyección, los círculos azules representan zonas de roca fracturada, los tubos blancos representan pozos de retorno de fluido y los tubos naranjas representan pozos de observación. Foto de Dennis Schroeder, NREL
Geotérmica en todas partes
Aunque solo algunos lugares tienen recursos geotérmicos naturales ideales para la producción de energía, la energía geotérmica se puede aprovechar en cualquier lugar para obtener energía térmica (calor).
“En cualquier lugar del país, si perforas, hace más y más calor con cada milla que profundizas”, dijo Beckers. “En el oeste de los Estados Unidos, esa temperatura aumenta rápidamente: si perfora solo de 1 a 2 millas de profundidad, tiene temperaturas lo suficientemente altas como para generar electricidad. Para obtener esas temperaturas en los estados del este, es posible que deba perforar millas y millas hacia abajo , pero puede usar temperaturas más bajas para calentar o enfriar directamente los campus, los vecindarios e incluso las ciudades”.
Si bien encontrar la ubicación perfecta para una planta de energía geotérmica puede llevar tiempo, aprovechar el recurso para calefacción y refrigeración puede ser tan simple como excavar un sótano, gracias a las modernas tecnologías de bombas de calor.
El campo de bombas de calor geotérmicas de NREL proporciona calefacción y refrigeración renovables confiables al campus de NREL . Foto de Devin Egan, NREL
“A solo 10 pies debajo de la superficie, la temperatura permanece igual durante todo el año, alrededor de 55 °F”, dijo Kolker. “Esto significa que en verano la tecnología geotérmica puede proporcionar refrigeración y en invierno puede proporcionar calor”.
Ya sea que se trate de temperaturas de solo 10 pies de profundidad o del calor de aguas geotérmicas más profundas, comunidades enteras pueden emplear sistemas geotérmicos de uso directo, sistemas que utilizan directamente el calor geotérmico, para calentar, enfriar e incluso cosas como remoción de nieve, procesos industriales de eficiencia energética. , y más. Si bien la mayoría de las instalaciones de bombas de calor geotérmicas en los Estados Unidos son para edificios individuales, se utilizan en todo el mundo para calentar y enfriar grandes redes de edificios interconectados.
“La colaboración internacional está aumentando para las tecnologías de uso directo”, dijo Trainor-Guitton. “Un nuevo proyecto con Geothermica , llamado FLXenabler, está evaluando la flexibilidad proporcionada a las comunidades cuando la calefacción y refrigeración geotérmica se integran con otras fuentes de energía renovable y almacenamiento de energía térmica”. El consorcio FLXenabler incluye representantes de SINTEF (Noruega), Equinor (Noruega), TU Wein (Austria), el Servicio Geológico de EE. UU. y la investigación transversal de NREL en caracterización del subsuelo, modelado de sistemas de energía, investigación de edificios y almacenamiento de energía térmica.
“Estoy entusiasmado con el mayor interés en el uso directo, porque históricamente en los EE. UU. el enfoque ha estado en la producción de energía”, dijo Beckers. “Hasta ahora se pasó por alto la calefacción y la refrigeración de uso directo, a pesar de que usamos mucha calefacción en este país y se puede usar en todas partes”.
La asociación de NREL con Con Edison para estudiar la transición del sistema de vapor de la ciudad de Nueva York, que alimenta el Empire State Building y actualmente funciona con gas natural, a geotérmica es evidencia del mayor interés en el uso directo. Los investigadores de NREL están abordando cuestiones geotécnicas, económicas y logísticas para comprender las oportunidades y los desafíos del uso de la energía geotérmica para generar vapor en la ciudad de Nueva York. Si se convierte a solo un 10 % de geotermia, este sistema sería el sistema de calefacción de distrito geotérmico más grande de los Estados Unidos.

Para los sistemas de calefacción y refrigeración a escala comunitaria, los pozos geotérmicos generalmente se perforan a una profundidad de 10 a 500 pies. Los pozos proporcionan a los edificios interconectados (distritos) temperaturas constantes que se utilizan para calentar y enfriar edificios a través de bombas de calor. El distrito utiliza tuberías para que el agua pueda circular entre los edificios. En el verano, una estación de energía bombea agua fría a través de tuberías a los edificios del sistema. En invierno, el agua caliente se bombea a través de las tuberías mientras que el agua fría regresa a la estación de energía para recalentarse. Gráfico de Marjorie Schott, NREL
Reducir, Reutilizar, Reciclar… y Reutilizar
A medida que los investigadores de NREL trabajan para refinar los modelos para la exploración geotérmica y expandir las aplicaciones de uso directo, los pozos ya perforados pueden reutilizarse para la geotermia mientras tanto.
“La perforación exploratoria es un enorme costo inicial para el desarrollo geotérmico”, dijo Kolker. “Pero hay miles de pozos de petróleo y gas en todo el país que ya se han perforado, algunos de los cuales pueden reutilizarse para geotermia o utilizarse para la coproducción de geotermia e hidrocarburos”.
Actualmente hay dos proyectos en marcha, en Oklahoma y Nevada, para generar 1 MW o más a partir de pozos de petróleo y gas. Un proyecto tiene como objetivo crear una hoja de ruta para la «cogeneración geotérmica» (generar energía geotérmica al mismo tiempo que la extracción activa de petróleo y gas), mientras que el otro tiene como objetivo reutilizar un pozo abandonado.
Y cuando los pozos no se pueden reutilizar, la inversión para perforar nuevos pozos se puede utilizar para ampliar los límites y crear técnicas de perforación novedosas.
El proyecto Geothermal Limitless Approach to Drilling Efficiencies (GLADE) tiene como objetivo hacer precisamente eso. El proyecto, financiado por la Oficina de Tecnologías Geotérmicas del Departamento de Energía de EE. UU. en asociación con Occidental Petroleum, perforará pozos geotérmicos gemelos de alta temperatura (572 °F) más profundos (hasta 20,000 pies) y más rápido que la mayoría de los pozos existentes. Este proyecto de demostración busca reducir los plazos y los costos del proyecto para desarrollar plantas de energía geotérmica mediante la creación de una mejora del 25 % en las tasas de perforación geotérmica.
¿La Tierra como batería?
Imagínese si, en lugar de usar una batería, la Tierra misma pudiera almacenar energía, y no solo la suficiente para su casa: suficiente para proporcionar energía a edificios multifamiliares, universidades, vecindarios e incluso ciudades enteras. La geotermia podría ser este tipo de “batería” a través del almacenamiento subterráneo.
El almacenamiento de energía geotérmica también es atractivo porque actualmente no hay muchas otras tecnologías que tengan la capacidad de almacenamiento de larga duración. Y los que sí tienen altos gastos o impactos, como la construcción de tanques de almacenamiento gigantes, el abastecimiento de materiales de tierras raras como el litio y la falta de opciones de reciclaje.
“Pero la Tierra en sí misma es un tanque de almacenamiento”, dijo Guangdong Zhu, gerente del grupo NREL de sistemas de energía térmica y director ejecutivo del Consorcio Heliostat para Concentración de Energía Solar Térmica .
El subsuelo de la Tierra puede proporcionar almacenamiento de energía como energía térmica (calor), almacenamiento químico (de dióxido de carbono, mejor conocido como secuestro de carbono, y de hidrógeno y otros gases) y almacenamiento mecánico (mediante la reutilización de infraestructura en profundidad, como pozos, para este propósito). objetivo).
Un proyecto de NREL, Infraestructura de reutilización para el almacenamiento por gravedad utilizando energía potencial subterránea (RIGS UP), está explorando la viabilidad comercial de los sistemas de almacenamiento mecánico basados en la gravedad que utilizan pozos de petróleo y gas. El proyecto financiado por ARPA-E almacenará energía eléctrica como energía potencial levantando un peso de varias toneladas dentro de un pozo. Una vez probada, la tecnología también podría usarse dentro de pozos geotérmicos inactivos para almacenamiento mecánico a largo plazo.
Los investigadores de NREL también se están asociando con compañías de petróleo y gas heredadas para hacer realidad el almacenamiento de energía térmica geológica.
“Algunos sistemas de rocas no son grandes sistemas de almacenamiento, pero los campos de petróleo y gas son sedimentarios y tienen un buen potencial de almacenamiento con poros considerables: podrían almacenar gas, lo que significa que pueden almacenar agua y energía térmica”, dijo Dayo Akindipe, sistemas de energía del subsuelo de NREL. investigador científico.
Los sitios de petróleo y gas que ya no producen pueden limpiarse y hacer la transición al almacenamiento de energía mecánica o térmica, eliminando la contaminación ambiental y haciendo la transición de los trabajos en esas áreas a la economía de energía limpia. Los científicos de NREL están trabajando con compañías de petróleo y gas para identificar sitios de demostración para acelerar esta transición.
Minería mejorada: litio
La energía geotérmica también tiene otras aplicaciones relacionadas con las baterías. El agua salada y caliente que se calienta bajo tierra y se lleva a una planta de energía geotérmica también puede contener minerales raros, como el litio . El escaso mineral es esencial para las baterías recargables en vehículos eléctricos, marcapasos, teléfonos celulares y más. Y recuperar el mineral del agua que ya está siendo traída a la superficie, en lugar de las operaciones mineras tradicionales, es mejor para el planeta.
“A medida que hacemos la transición a vehículos eléctricos y almacenamiento de baterías para energía solar y eólica, la necesidad de litio aumenta ”, dijo Kolker. “La energía geotérmica puede ayudar de manera sostenible”.

El litio, un mineral raro, es esencial para las baterías recargables en vehículos eléctricos, marcapasos, teléfonos celulares y más. Foto de iStock
Actualmente, solo el 1% del litio que se usa en los Estados Unidos proviene de fuentes nacionales. Un análisis de NREL centrado en el litio encontró que es económicamente factible que las salmueras geotérmicas produzcan aproximadamente 24 000 toneladas métricas de litio por año, suficiente para establecer un suministro doméstico seguro del escaso mineral.
Un área en particular, Salton Sea de California , tiene un inmenso potencial tanto para la energía geotérmica como para la captura de minerales a través de tecnologías de extracción directa.
“Estudios de laboratorio recientes muestran que la extracción directa de litio, una técnica relativamente nueva, puede ser más sostenible para el planeta que las técnicas actuales de minería de roca dura o estanques de evaporación cuando observamos el uso de la tierra, el uso del agua y la intensidad de carbono de las operaciones”, dijo Kolker. .
La investigación futura sobre litio tiene como objetivo avanzar en el desarrollo de una cadena de suministro de litio nacional a través de la extracción de salmueras geotérmicas.
El futuro es híbrido
En el sprint para hacer la transición de los combustibles fósiles, la geotermia está lista para ayudar a las tecnologías renovables intermitentes, como la solar y la eólica, proporcionando una reserva de carga base para cuando el sol no brilla y el viento no sopla.
“Mientras estés en la Tierra, hay energía geotérmica las 24 horas del día”, dijo Akindipe.
Y cuando combina la geotermia con otras tecnologías renovables en el mismo sitio, el resultado híbrido suele ser mejor que cualquiera de las dos tecnologías por sí sola.
El potencial completo de la energía geotérmica se puede realizar a través de la creación de nuevas tecnologías de pozos y la modernización de los pozos existentes, la hibridación con otras energías renovables, nuevos recursos y tecnologías de generación de energía y calefacción, refrigeración y resiliencia basadas en la comunidad. Gráfico de Al Hicks, NREL
“Al combinar la energía solar y la geotérmica, podemos diseñar un sistema que incorpore y aproveche naturalmente los aspectos superiores de ambas tecnologías”, dijo Zhu. “La energía solar puede aumentar el calor para el sistema geotérmico, lo que lleva a una mayor generación de electricidad, y el sistema geotérmico puede almacenar el exceso de energía solar”.
Los investigadores de NREL son expertos en la optimización de la integración geosolar, maximizando el rendimiento de las plantas de energía y las capacidades de almacenamiento para los sistemas que albergan calor adicional de los sistemas de energía solar concentrada en depósitos geotérmicos.
Además, mediante el uso de recursos geotérmicos para la energía cuando sea adecuado y tecnologías híbridas cuando no lo sean, las comunidades pueden incluso crear sus propias microrredes para calefacción, refrigeración y energía. Estas microrredes brindan confiabilidad y resiliencia contra los problemas de la cadena de suministro de energía y los eventos climáticos extremos. También tienen el potencial de crear puestos de trabajo locales. NREL está ayudando a las comunidades mediante el análisis de tecnologías de microrredes geotérmicas como recursos para redes aisladas.
“A cualquier escala, una red descarbonizada será una mezcla de tecnologías renovables, incluida la geotérmica”, dijo Kolker. “Ese es el futuro”.
Los comentarios están cerrados.