La promesa de la energía geotérmica

A medida que aumentan los costos de combustible y electricidad, la energía geotérmica tiene un futuro prometedor. El calor subterráneo se puede encontrar en cualquier parte de la Tierra, no solo donde se bombea petróleo, se extrae carbón, donde brilla el sol o donde sopla el viento. Y produce todo el día, todo el tiempo, con relativamente poca administración necesaria. Así es como funciona la energía geotérmica.

No importa dónde se encuentre, si perfora a través de la corteza terrestre, eventualmente golpeará rocas al rojo vivo. Los mineros notaron por primera vez en la Edad Media que las minas profundas son cálidas en el fondo, y mediciones cuidadosas Desde entonces, descubrimos que una vez que superamos las fluctuaciones de la superficie, la roca sólida se calienta constantemente con profundidad. En promedio, esto gradiente geotérmico es de aproximadamente un grado Celsius por cada 40 metros de profundidad o 25 C por kilómetro.

Pero los promedios son solo promedios. En detalle, el gradiente geotérmico es mucho más alto y más bajo en diferentes lugares. Los gradientes altos requieren una de dos cosas: magma caliente que se eleva cerca de la superficie, o abundantes grietas que permiten que el agua subterránea transporte calor de manera eficiente a la superficie. Cualquiera de los dos es suficiente para la producción de energía, pero tener ambos es lo mejor.

El magma se eleva donde la corteza se estira para permitir que se eleve, en zonas divergentes. Esto sucede en los arcos volcánicos sobre la mayoría de las zonas de subducción, por ejemplo, y en otras áreas de extensión de la corteza. La zona de extensión más grande del mundo es el sistema de crestas en medio del océano, donde el famoso y ardiente calor fumadores negros se encuentran. Sería genial si pudiéramos aprovechar el calor de las crestas que se extienden, pero eso es posible solo en dos lugares, Islandia y el Salton Trough de California (y Jan Mayen Land en el Océano Ártico, donde nadie vive).

Las áreas de expansión continental son la siguiente mejor posibilidad. Buenos ejemplos son la región de Cuenca y Cordillera en el Gran Valle del Rift de África Occidental y África del Este. Aquí hay muchas áreas de rocas calientes que se superponen a las intrusiones de magma jóvenes. El calor está disponible si podemos llegar a él perforando, luego comenzar a extraer el calor bombeando agua a través de la roca caliente.

Las aguas termales y los géiseres en toda la cuenca y la cordillera señalan la importancia de las fracturas. Sin las fracturas, no hay aguas termales, solo potencial oculto. Las fracturas soportan las aguas termales en muchos otros lugares donde la corteza no se estira. El famoso Warm Springs en Georgia es un ejemplo, un lugar donde no ha fluido lava en 200 millones de años.

Los mejores lugares para aprovechar el calor geotérmico tienen altas temperaturas y abundantes fracturas. En lo profundo de la tierra, los espacios de fractura están llenos de vapor puro sobrecalentado, mientras que el agua subterránea y los minerales en la zona más fría por encima sellan la presión. Aprovechar una de estas zonas de vapor seco es como tener a mano una caldera de vapor gigante que se puede enchufar a una turbina para generar electricidad.

El mejor lugar del mundo para esto está fuera de los límites: el Parque Nacional de Yellowstone. Hoy en día, solo hay tres campos de vapor seco que producen energía: Lardarello en Italia, Wairakei en Nueva Zelanda y The Geysers en California.

Otros campos de vapor están húmedos: producen agua hirviendo y también vapor. Su eficiencia es menor que la de los campos de vapor seco, pero cientos de ellos siguen obteniendo ganancias. Un ejemplo importante es el campo geotérmico Coso en el este de California.

Las plantas de energía geotérmica pueden iniciarse en rocas calientes y secas simplemente perforándolas y fracturándolas. Luego se bombea agua hacia abajo y el calor se cosecha en vapor o agua caliente.

La electricidad se produce al verter el agua caliente a presión en vapor a presiones superficiales o mediante utilizando un segundo fluido de trabajo (como agua o amoníaco) en un sistema de plomería separado para extraer y convertir el calor. Se están desarrollando nuevos compuestos como fluidos de trabajo que podrían aumentar la eficiencia lo suficiente como para cambiar el juego.

El agua caliente ordinaria es útil para la energía, incluso si no es adecuada para generar electricidad. El calor en sí mismo es útil en procesos de fábrica o simplemente para calentar edificios. Toda la nación de Islandia es casi completamente autosuficiente en energía gracias a las fuentes geotérmicas, tanto calientes como cálidas, que hacen de todo, desde conducir turbinas hasta calentar invernaderos.

Las posibilidades geotérmicas de todos estos tipos se muestran en una mapa nacional de potencial geotérmico emitido en Google Earth en 2011. El estudio que creó este mapa estimó que Estados Unidos tiene diez veces más potencial geotérmico que la energía en todos sus lechos de carbón.

Se puede obtener energía útil incluso en agujeros poco profundos, donde el suelo no está caliente. Las bombas de calor pueden enfriar un edificio durante el verano y calentarlo durante el invierno, simplemente moviendo el calor desde cualquier lugar que sea más cálido. Esquemas similares funcionan en lagos, donde el agua fría y densa se encuentra en el fondo del lago. El sistema de enfriamiento de la fuente del lago de la Universidad de Cornell es un ejemplo notable.

Para una primera aproximación, el calor de la Tierra proviene de la desintegración radiactiva de tres elementos: uranio, torio y potasio. Creemos que el nucleo de hierro casi no tiene ninguno de estos, mientras que el sobrepuesto manto tiene solo pequeñas cantidades. los corteza, solo el 1 por ciento de la masa de la Tierra, contiene aproximadamente la mitad de estos elementos radiogénicos que todo el manto debajo (que es el 67% de la Tierra). En efecto, la corteza actúa como una manta eléctrica sobre el resto del planeta.

Se producen cantidades menores de calor por diversos medios fisicoquímicos: congelación de hierro líquido en el núcleo interno, cambios de fase mineral, impactos del espacio exterior, fricción de las mareas terrestres y más. Y una cantidad significativa de calor fluye de la Tierra simplemente porque el planeta se está enfriando, como lo ha hecho desde su nacimiento hace 4.600 millones de años.

Los números exactos para todos estos factores son muy inciertos porque el presupuesto de calor de la Tierra depende de los detalles de la estructura del planeta, que aún se está descubriendo. Además, la Tierra ha evolucionado, y no podemos suponer cuál fue su estructura durante el pasado profundo. Finalmente, los movimientos tectónicos de la corteza de la corteza han estado reorganizando esa manta eléctrica durante eones. El presupuesto de calor de la Tierra es un tema polémico entre los especialistas. Afortunadamente, podemos explotar la energía geotérmica sin ese conocimiento.