Segur que coneixes que és a trets generals l'energia geotèrmica però Saps tot el bàsic sobre aquesta energia?
De forma molt general diem que l'energia geotèrmica és l'energia calorífica procedent de l'interior de la Terra.
Dit d'una altra manera, l'energia geotèrmica és l'únic recurs renovable, d'energia, que no deriva d'el Sol.
A més, podem dir que aquesta energia no és una energia renovable com a tal, ja que seva renovació no és infinita, Tot i això és inesgotable a escala humana, Per la qual cosa es considera renovable a efectes pràctics.
Origen de la calor de l'interior de la Terra
La principal causa d'la calor a l'interior de la Terra és la contínua desintegració d'alguns elements radioactius com l'Urani 238, el Tori 232 i el Potassi 40.
Un altre dels orígens de l'energia geotèrmica són els xocs de les plaques tectòniques.
En certes regions, però, la calor geotèrmica es troba més concentrat, tal com passa en les rodalies dels volcans, corrents de magma, guèisers i fonts termals.
Aprofitament de l'energia geotèrmica
Aquesta energia s'ha utilitzat per un mínim de 2.000 anys.
Els romans van utilitzar les fonts termals per banys i, més recentment, aquesta energia ha estat utilitzada per a la calefacció d'edificis i hivernacles i per a la generació d'electricitat.
Actualment hi ha 3 tipus de jaciments dels quals podem obtenir energia geotèrmica:
- Jaciments d'alta temperatura
- Jaciments de baixa temperatura
- Jaciments de roques calentes seques
Jaciments d'alta temperatura
Diem que hi ha un jaciment de temperatura alta quan l'aigua de l'jaciment arriba temperatures superiors als 100ºC causa de la presència d'un focus de calor actiu.
Per tal que la calor geotèrmica pugui crear energia geotèrmica aprofitable, les condicions geològiques han de fer possible la formació d'un embassament geotèrmic, Similar als que contenen el petroli o el gas natural, constituït per una roca permeable, arenoses o pedra calcària per exemple, coronat per un estrat d'impermeable, Com l'argila.
Les aigües freàtiques escalfades per les roques passen en direcció ascendent a l'embassament, on romanen atrapades sota la capa impermeable.
Quan existeixen esquerdes en aquesta capa impermeable, resulta possible la fuita de vapor o d'aigua cap a la superfície, apareixent en forma de fonts termals o guèisers.
Aquestes fonts termals han estat utilitzades des de l'antiguitat i poden ser fàcilment utilitzades per a calefacció i processos industrials.
Termes romanes de Bath
Jaciments de baixa temperatura
Els jaciments de baixa temperatura són aquells en què la temperatura d'l'aigua, Que utilitzarem, se situa entre 60 i 100ºC.
En aquests jaciments, el valor de l'flux calorífic és el normal de l'escorça terrestre, De manera que és innecessària l'existència de 2 de les condicions anteriors: existència de focus de calor actiu i aïllament de l'magatzem de fluid.
Només és necessària la presència d'un magatzem a la profunditat adequada perquè, amb el gradient geotèrmic existent en aquesta zona, s'hagin temperatures que facin econòmica la seva explotació.
Jaciments de roques calentes seques
el potencial de l'energia geotèrmica es Molt més gran si s'extreu la calor de les roques calentes seques, Que no contenen aigua naturalment.
Es troben a una temperatura d'entre 250 i 300 ºC ia una profunditat d'entre 2.000 i 3.000 metres.
Per a la seva explotació cal trencar les roques calentes seques, per fer-les poroses.
A continuació, s'introdueix aigua freda des de la superfície per una canonada, deixant-passar per la roca calenta fracturada, perquè s'escalfi i després, s'extreu el vapor d'aigua per una altra canonada per utilitzar la seva pressió en moure una turbina i generar energia elèctrica.
El problema d'aquest tipus d'explotacions són les tècniques per fracturar les roques a tanta profunditat i de perforació.
Tot i que s'ha avançat molt en aquestes àrees emprant tècniques de perforació petrolíferes.
Energia geotèrmica de molt baixa temperatura
Podem considerar el subsòl a petites profunditats com una font de calor a 15ºC, Totalment renovable i inesgotable.
Mitjançant un sistema de captació adequat i una bomba de calor es pot transferir calor d'aquesta font a 15ºC a un sistema que assoleixi els 50ºC, i utilitzar aquesta última per a la calefacció i l'obtenció d'aigua calenta sanitària per a l'ús en l'habitatge.
A més, la mateixa bomba de calor pot absorbir calor de l'ambient a 40ºC i lliurar-lo a l'subsòl amb el mateix sistema de captació, De manera que el sistema que pot solucionar la calefacció domèstica també pot solucionar la refrigeració, és a dir, l'habitatge té una sola instal·lació per la seva climatització integral.
El principal inconvenient d'aquest tipus d'energia és el necessitar una superfície molt gran d'enterrament de circuit exterior, Però, el seu principal avantatge és la posibilidad d'utilitzar-la com a sistema de calefacció i de refrigeració amb un cost molt baix.
En el següent esquema pots veure diferents formes de captar o cedir calor a terra per a la seva utilització posterior en calefacció, refrigeració i obtenció d'ACS (aigua calenta sanitària). El procediment ho explicaré a continuació.
la climatització d'un habitatge, d'un bloc d'habitatges, d'un hospital, etc. es pot arribar a de manera individual, Ja que no necessita de grans inversions per al sistema, a diferència de les instal·lacions geotèrmiques d'alta i mitja temperatura.
Aquest sistema d'aprofitament de l'energia solar absorbida per la superfície de la Terra es basa en 3 elements principals:
- bomba de calor
- Circuit d'intercanvi amb la Terra
- Intercanvi de calor amb aigües superficials
- Intercanvi amb el sòl
- Circuit d'intercanvi amb l'habitatge
La bomba de calor
La bomba de calor és una màquina termodinàmica que es basa en el Cicle de Carnot realitzat per un gas.
Aquesta màquina absorbeix calor d'una font per lliurar-lo a una altra que està a una temperatura superior.
L'exemple més típic són els frigorífics, Aquests disposen d'una màquina que extreu calor del seu interior i l'expulsa a l'exterior que aquesta a major temperatura.
Altres exemples de bomba de calor són els aires condicionats i climatitzadors d'habitatges i automòbils.
En aquest esquema, pots veure que el focus fred absorbeix calor de terra en un intercanvi i el líquid que circula pel circuit de el focus fred absorbeix calor fins evaporar-se.
El circuit que transporta l'aigua amb calor de terra es refreda i torna a terra, la recuperació de la temperatura de terra és molt ràpida.
D'altra banda, el focus calent, a l'interior de l'habitatge, escalfa l'aire cedint-li calor.
La bomba de calor aquesta "bombejant" calor de l'focus fred a el focus calent.
el rendiment (Energia subministrada / energia absorbida) depèn de la temperatura de la font que subministra la calor evaporat.
Els sistemes de climatització convencionals absorbeixen la calor de l'atmosfera, que a l'hivern pot arribar a temperaturas per sota dels -2ºC.
A aquestes temperatures l'evaporador no pot captar pràcticament gens de calor i el rendiment de la bomba és molt baix.
A l'estiu quan fa més calor, la bomba ha de cedir la calor de l'atmosfera que pot estar a 40 °C, de manera que el rendiment no és tot el bo que cal esperar.
No obstant això, el sistema de captació geotèrmic, A l'disposar d'una font a temperatura constant, el rendiment sempre és òptim sense importar les condicions de la temperatura atmosfèrica. Pel que aquest sistema és molt més eficient que una bomba de calor convencional.
Circuits d'intercanvi amb la Terra
Intercanvi de calor amb aigües superficials
Aquest sistema es basa en posar en contacte tèrmic aigua provinent d'una font superficial amb l'evaporador / condensador, segons les necessitats, per a l'absorció o cessió de calor a aquestes aigües.
Avantatge: presenta és que té un baix cost
inconvenient: no hi ha sempre font d'aigua disponible.
Intercanvi amb el sòl
Aquest pot ser directe quan l'intercanvi entre el sòl i l'evaporador / condensador de la bomba de calor es realitza mitjançant una canonada de coure soterrada.
Per un habitatge poden precisar-se entre 100 i 150 metres de canonada.
- Avantatges: Baix cost, senzillesa i bon rendiment.
- inconvenients: Possibilitat de fuites de gas i de congelació de zones de el terreny.
O també pot ser un circuit auxiliar quan disposa d'un conjunt de canonades enterrades, per les quals es fa circular aigua, que al seu torn intercanvia la calor amb l'evaporador / condensador.
Per un habitatge poden precisar-se entre 100 i 200 metres de canonada.
- Avantatges: Baixa pressió en el circuit amb el que s'eviten grans diferències de temperatura
- inconvenients: Cost alt.
Circuits d'intercanvi amb l'habitatge
aquests circuits poden ser amb un intercanvi directe o amb una distribució d'aigua freda i calenta.
L'intercanvi directe es basa en fer circular un corrent d'aire per la superfície de l'evaporador / condensador de la banda de l'habitatge per a l'intercanvi de calor i distribuir aquest aire fred / calent per tot l'habitatge, per mitjà de canalitzacions aïllades tèrmicament.
Amb un sistema únic de distribució es soluciona la distribució de fred i calor a l'habitatge.
- Avantatges: Normalment tenen un baix cost i molta simplicitat.
- inconvenients: Rendiment baix, confort moderat i només és aplicable a habitatges de nova construcció o que disposin d'un sistema de calefacció per convecció d'aire.
El sistema de distribució d'aigua freda i calenta es basa en fer circular un cabal d'aigua per la superfície de l'evaporador / condensador de la banda de l'habitatge per a l'intercanvi de calor.
L'aigua se sol refredar fins 10ºC a l'estiu i escalfar-se a 45ºC a l'hivern per a ser utilitzada com a mitjà de climatització.
El sòl radiant és el mètode de millor rendiment i major confort per solucionar la calefacció, però, no pot emprar-se per a la refrigeració, de manera que si es fa servir aquest mètode o el de radiadors per aigua calenta, s'haurà d'instal·lar un altre sistema per poder usar la refrigeració.
- Avantatges: Confort i rendiment molt alts.
- inconvenients: Elevat cost.
Rendiment dels sistemes de climatització
L'eficiència energètica d'un sistema de climatització utilitzant com a font de calor el subsòl a 15ºC és de com mínim de l' 400% en escalfament i de l'500% en refrigeració.
Quan s'està escalfant només hi ha una aportació d'energia elèctrica de l'25% de l'total de l'energia requerida. I quan s'usa per refredar el rendiment és més del doble que tindria una bomba de calor intercanviant amb l'aire a 40 graus, de manera que en aquest cas hi ha també un estalvi energètic de més de l'50% respecte a un climatitzador convencional.
Això vol dir que per bombar de el pol fred a l'pol calent 4 unitats d'energia (per exemple 4 calories), només són necessàries 1 unitat d'energia.
En refrigeració per cada 5 unitats bombades cal 1 unitat per a bombearlas.
Això és possible ja que no genera tota la calor, Sinó que la major part només es transfereix d'una font a una altra.
Les unitats d'energia que subministrem a la bomba de calor són en forma d'energia elèctrica, així que en el fons estem produint CO2 a la central productora d'energia elèctrica, encara que en molta menor quantitat.
No obstant això, podríem emprar bombes de calor que no sigui elèctriques, Sinó que la seva font d'energia fora solar tèrmica però encara estan en fase experimental.
Si comparem aquest sistema enfront d'un sistema de calefacció per captació d'energia solar mitjançant panells podem veure que presenta un gran avantatge, ja que no necessita de grans acumuladors per compensar les hores de falta de radiació solar.
La gran acumuladora és la pròpia massa de la Terra que fa que disposem d'una font d'energia a temperatura constant, que en l'àmbit d'aquesta aplicació es comporta com infinita.
No obstant això, la qual sí és la millor opció d'utilització d'aquesta font d'energia és combinar-la amb l'energia solar tèrmica, No per moure la bomba de calor com s'ha esmentat anteriorment (que també) sinó per afegir calor a sistema, Atès que en aplicacions de calefacció i producció d'aigua calenta sanitària, l'aigua es pot posar a 15ºC utilitzant energia geotèrmica per a posteriorment, elevar la temperatura d'l'aigua amb energia solar.
En aquest cas l'eficiència de la bomba de calor augmenta exponencialment.
Distribució de l'energia geotèrmica
L'energia geotèrmica està molt estesa per tot el planeta, Especialment en la forma de roques calentes seques, però hi ha zones en les que s'estén potser sobre el 10% de l'superfície de planeta i disposen d'especials condicions per desenvolupar aquest tipus d'energia.
Em refereixo a les àrees en què més es manifesten els efectes dels terratrèmols i volcans i que, en general, coincideixen amb falles tectòniques importants.
Entre elles es troben:
- La costa de el Pacífic de l'Continent Americà, des d'Alaska fins a Xile.
- La zona occidental de el Pacífic, des de Nova Zelanda, passant per les Filipines i Indonèsia, fins a la Xina meridional i el Japó.
- La vall de dislocació de Kenya, Uganda, Zaire i Etiòpia.
- Informació de la zona de la Mediterrània.
Avantatges i desavantatges de l'energia geotèrmica
Aquesta energia com tot el que existeix té les seves parts bones com les seves parts dolentes.
Com que avantatges podem dir que:
- es troba distribuïda per tot el planeta.
- Les fonts geotèrmiques més econòmiques es troben a les zones volcàniques situades en la seva major part en els països de vies de desenvolupament, la qual cosa pot ser molt útil per millorar la seva situació.
- És una font d'energia inesgotable a escala humana.
- És l'energia més barata que es coneix.
Els seus desavantatges per contra són:
- L'ús de l'energia geotèrmica presenta alguns problemes ambientals, En particular, la alliberament de gasos sulfurosos a l'atmosfera, juntament amb les descàrregues d'aigua calenta als rius, Que sovint, contenen un elevat nivell de sòlids.
Tot i que en general, les aigües de rebuig poden tornar a injectar-se en la terra, després d'haver extret, en alguns casos, les sals potàssiques comercialment aprofitables.
- En general, no resulta viable la transmissió de la calor geotèrmic a llargues distàncies. L'aigua calenta o el vapor s'han d'utilitzar en les proximitats del seu origen, abans que es refredi.
- La major part de les aigües geotèrmiques es troben a temperatures inferiors als 150ºC pel que en general, no és prou calenta per a la generació d'electricitat.
Aquestes aigües només poden utilitzar-se per banyar-se, calefacció d'edificis i hivernacles i cultius a l'exterior, o com aigua preescalfada per a calderes.
- Els jaciments de roques calentes seques tenen curta durada, Ja que les superfícies esquerdades es refreden amb rapidesa, de manera que el seu rendiment energètic descendeix ràpidament.
- Els costos de la seva instal·lació són molt elevats.
El futur de l'energia geotèrmica
Fins al moment, només es poden realitzar perforacions i extreure la calor fins a profunditats d'uns 3 km, Si bé s'espera poder aconseguir majors profunditats, amb la qual cosa es podria utilitzar més àmpliament l'energia geotèrmica.
L'energia total disponiea manera d'aigua calenta, vapor o roques calentes, fins a una profunditat de 10 km, s'aproxima a 3.1017 dit del peu. 30 milions d'vegades el consum mundial actual d'energia. La qual cosa indica que l'energia geotèrmica pot ser una alternativa interessant a curt termini.
Les tècniques perfeccionades per al desenvolupament dels recursos geotèrmics són molt similars a les utilitzades en el sector petrolífer. No obstant això, atès que el contingut energètic de l'aigua a 300 ºC és mil vegades inferior a el del petroli, El capital es pot invertir econòmicament en l'exploració i perforació és molt menor.
No obstant això, l'escassetat de petroli pot potenciar l'ús cada vegada més gran de l'energia geotèrmica.
D'altra banda, sempre ha estat possible la utilització de fonts geotèrmiques per a la generació d'electricitat a turboalternadores de mida mitjana (10-100MW) situats prop de l'emplaçament dels pous, però la temperatura geotèrmica mínima utilitzable per a la generació d'electricitat era de 150ºC.
últimament s'han desenvolupat turbines sense paletes per aigües i vapors geotèrmics de fins a 100 º C només, el que permet ampliar el camp d'utilització d'aquesta energia.
A més, es pot utilitzar en processos industrials com l'elaboració de metalls, l'escalfament de processos industrials de tot tipus, l'escalfament d'hivernacles, etc.
però probablement el major futur de l'energia geotèrmica es trobi en la utilització de l'energia geotèrmica de molt baixa temperatura, Per la seva versatilitat, simplicitat, baix cost econòmic i ambiental ia la possibilitat de utilitzar-la com a sistema de calefacció i refrigeració.