Calor geotérmico para la energía urbana: descarbonizando el calentamiento con la Tierra
Mientras el mundo busca reducir las emisiones de carbono a través del mercado de vehículos eléctricos y las alternativas renovables para potenciar la producción, existe un gran contribuyente a la emisión de gases de efecto invernadero (GEI) que pasa desapercibido: los edificios. A fin de poder cumplir con los objetivos del Acuerdo de París, Canadá y el resto del mundo deben comprender la importancia de reducir todas las fuentes de emisiones.
Las emisiones de GEI que provienen de los negocios y los hogares se generan en principio por los combustibles fósiles que se queman para obtener calor. Como se muestra en la Figura 1, las emisiones de los edificios son la tercera fuente más grande de emisiones en Canadá. Los canadienses tienden a usar más energía para el calentamiento y el enfriamiento debido a la distribución de la población y a las fluctuaciones de temperatura por estación.
Figura 1: Desglose de las emisiones de Canadá por sector económico1
Cuando se analiza específicamente el consumo de energía doméstico de Canadá, el 83 % se utiliza para calentar o enfriar el agua y los espacios del hogar. En la Figura 2 se muestra un desglose de las fuentes principales de consumo de energía de un hogar canadiense. El uso de energía de los edificios es el tercer emisor más grande a nivel global, ya que contribuye aproximadamente al 18 % de las emisiones totales de GEI en todo el mundo. La mitad de estas emisiones se atribuyen al enfriamiento y el calentamiento. Como consecuencia, la transición a un futuro con menos emisiones de carbono depende en gran parte de la descarbonización del consumo de energía que se necesita para los procesos de enfriamiento y el calentamiento.
Figura 2: Consumo doméstico de energía en Canadá2
El calentamiento geotérmico, que incluye la energía solar almacenada que puede utilizarse para calentar y enfriar, puede reemplazar los combustibles fósiles que se usan actualmente. Si bien algunos críticos creen que Canadá no es el lugar ideal para emplear sistemas geotérmicos debido a su baja actividad geotérmica, cuando se trata del uso directo del calor, no es necesario que los recursos geotérmicos alcancen niveles tan altos de calentamiento. La energía solar almacenada que puede encontrarse bajo tierra solo a cuatro metros de profundidad es suficiente para calentar los edificios.
Las bombas de calor geotérmicas (GSHP, por sus siglas en inglés) utilizan el suelo, las aguas subterráneas o las aguas superficiales como fuente y disipador del calor. Los sistemas de GSHP pueden absorber el calor del suelo o rechazarlo a través de un sistema de intercambio de calor denominado bucle subterráneo. A través de la bomba de calor, el aire del interior intercambia el calor con los líquidos que circulan en el bucle subterráneo. A pesar de que la energía geotérmica no es energía limpia al 100 % (es posible que las bombas de calor usen electricidad producida por combustibles fósiles), las bombas de calor reducen las emisiones de carbono debido a que no se utiliza combustión ni se emiten gases de combustión. Es por eso que las GSHP involucradas en el calentamiento urbano representan una tecnología clave para descarbonizar el sector de calentamiento y reducir la dependencia de combustibles fósiles.
Europa, Rusia y China son los líderes en calentamiento urbano a nivel mundial. Los recursos de calor geotérmico se han utilizado en las aplicaciones de calentamiento urbano por muchos años; en la actualidad, Europa es el líder en el mercado. Existen más de 5 000 redes de calentamiento urbano en Europa, ubicadas principalmente en Europa central, Europa occidental y Escandinavia. De las 5 000 redes, solo alrededor de 280 emplean energía geotérmica. De todos los países europeos, Islandia fue el país que, por el momento, produjo el mayor volumen de calor geotérmico urbano; seguido de Francia, Alemania y Hungría. Reykjavik cuenta con el sistema de calentamiento geotérmico urbano más extenso y sofisticado del mundo. Allí se utiliza el agua caliente natural para calentar los edificios y los hogares de la ciudad desde 1930. El gobierno de Islandia ha cumplido un rol muy importante, ya que brindó muchos préstamos y subvenciones.
Figura 3: Usuarios principales del calentamiento urbano3
En Canadá, Mattamy Homes y Enwave Energy Corporation han construido una comunidad de 300 hogares en Markham, Ontario (la más grande de su clase del país) que usará un sistema geotérmico urbano para los procesos de calentamiento, enfriamiento y obtención de agua caliente de consumo doméstico. A medida que se acercaba al diseño detallado del proyecto en el 2020, Hatch ha actuado como asesor técnico en cuestiones relacionadas con los sistemas de GSHP. Para respaldar esta iniciativa, la ciudad de Markham recibió en el curso de dos años una subvención de $225 000 por parte de The Atmospheric Fund con el objetivo de investigar, coordinar y diseñar los conceptos iniciales de la creación de un vecindario con cero neto emisiones en función de un sistema geotérmico urbano. Hatch puede contribuir con los estudios de viabilidad, planificación, ingeniería y elaboración de un caso de negocios para aquellos que deseen utilizar energía geotérmica en las aplicaciones de calentamiento urbano.
A pesar de que el calor geotérmico como recurso no tiene costos, existen algunos gastos iniciales altos asociados con su uso. Por lo general, instalar sistemas de GSHP puede ser muy costoso para un edificio o un hogar. Sin embargo, las economías de escala permiten un uso más rentable y extendido si se implementan estos sistemas en aplicaciones de calentamiento urbano, ya que se emplean en muchos hogares existentes o en una comunidad. Otro beneficio es que parte de las tuberías de estos sistemas pueden enterrarse horizontalmente y no verticalmente. Esto reduce los costos aún más, ya que la perforación vertical es costosa. Finalmente, el ahorro en costos de energía y mantenimiento a largo plazo compensarán los gastos iniciales.
El uso de calor geotérmico como fuente de calentamiento y enfriamiento para los clientes en aplicaciones de calentamiento urbano es posible en nuevos proyectos, siempre y cuando se planifique con anticipación para integrar estos sistemas en el diseño, se implementen políticas de apoyo gubernamentales y se otorguen subvenciones a fin de ayudar con el crecimiento de los sistemas de energía geotérmica comunitarios.
Obtenga más información aquí.
Referencias:
1 Gobierno de Canadá, “Greenhouse gas sources and sinks: executive summary 2020”, 2021, https://www.canada.ca/en/environment-climate-change/services/climate-change/greenhouse-gas-emissions/sources-sinks-executive-summary-2021.html
2 Gobierno de Canadá, Natural Resources Canada (Recursos naturales de Canadá), “Energy Use in the Residential Sector”, 2021, https://oee.nrcan.gc.ca/publications/statistics/trends/2017/residential.cfm#L3
3 Werner, S., “International review of district heating and cooling”, Energy, volumen 137, 15 de octubre de 2017, páginas 617-631, extraído de Science Direct, 2020, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S036054421730614X
Acerca del autor
Catherine Roy
Catherine Roy es parte de la unidad de negocios de energía térmica de Hatch y forma parte de los proyectos de energía térmica y desarrollo de negocios. Como parte del equipo, ha realizado estudios de viabilidad y diligencia debida, y ha sido expuesta a una gran variedad de tecnologías, como los sistemas de energía de cogeneración y ciclo combinado, turbinas de gas y vapor, sistemas de energía urbanos y energía geotérmica (incluido el intercambio de calor geotérmico).