Las “baterías” masivas que se esconden debajo de nuestros pies

Principio de funcionamiento de un sistema de almacenamiento de energía térmica en un acuífero.Martin Bloemendal y Theo Olsthoorn

Esta historia fue publicada originalmente por Wired y se reproduce aquí como parte de la colaboración de Climate Desk.

Cuando cae el agua de lluvia, se empapa en un acuífero, una capa de roca porosa o materiales sueltos como arena o grava. Durante miles de años, los humanos han estado cavando en estas bandas de líquido para sacar agua potable. Pero el interés está creciendo en otro uso inteligente para estas piscinas subterráneas: el almacenamiento de energía térmica en acuíferos, o ATES.

Una batería contiene energía para ser utilizada más tarde. Los acuíferos se pueden aprovechar para hacer algo similar: pueden explotar las propiedades aislantes de la Tierra para conservar la energía térmica y transferirla hacia y desde los edificios sobre el suelo. La temperatura del agua en un acuífero tiende a permanecer bastante estable. Esto proporciona una forma de calentar y enfriar estructuras cercanas con energía almacenada en agua, en lugar de quemar gas natural en hornos o aprovechar la electricidad derivada de combustibles fósiles para hacer funcionar los acondicionadores de aire.

Los sistemas ATES consisten en dos pozos separados, uno cálido y otro frío, que corren entre la superficie y el acuífero debajo. En el invierno, bombea agua subterránea desde un pozo tibio que está a unos 60 grados Fahrenheit y la pasa por un intercambiador de calor. Combinado con una bomba de calor, este proceso extrae calor del agua subterránea para mantener calientes los interiores de las estructuras.

Luego bombeas esa agua subterránea ahora más fría hacia el segundo pozo. Esto le da una piscina de agua fría, alrededor de 45 grados F, para bombear en el verano para enfriar los edificios. "Se calienta el agua subterránea sacando el calor del edificio y directamente inyectándolo en el otro pozo", dice el hidrogeólogo Martin Bloemendal, que estudia ATES en la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos. "Luego, en invierno, extraes de tu cálido pozo". Este proceso se alterna indefinidamente a medida que avanzan las estaciones porque el agua subterránea se reutiliza, no se consume. El sistema podría incluso aprovechar acuíferos salobres o contaminados que no se pueden aprovechar para obtener agua potable.

Debido a que las bombas de agua y otros equipos funcionan con energía renovable, como la solar o la eólica, este almacenamiento de energía hipereficiente reduciría la demanda de combustibles fósiles y evitaría que una gran cantidad de carbono ingrese a la atmósfera. La calefacción y la refrigeración son responsables de un tercio del consumo de energía en los EE. UU. y de la mitad del consumo de energía en Europa. De hecho, un nuevo artículo en la revista Applied Energy encontró que ATES podría reducir el uso de gas natural y electricidad en la calefacción y refrigeración de hogares y negocios de EE. UU. en un 40 por ciento.

Es una forma de almacenar cantidades masivas de energía durante largos períodos de tiempo: una especie de batería subterránea, siempre lista para explotar. "En una ciudad local, puede almacenar calor y frío, y ahora no tiene que pagar por eso más tarde", dice Erick Burns, líder del Proyecto de Investigaciones de Recursos Geotérmicos del Servicio Geológico de los Estados Unidos. (El USGS es parte de un nuevo consorcio internacional que está investigando la energía geotérmica a escala urbana). "Lo bueno de esto es que no necesita minerales críticos, como las baterías".

La técnica es ideal para edificios grandes, como hospitales, o un grupo de edificios, como un campus universitario, porque pueden compartir una instalación dedicada para el pozo y otros equipos. Sería particularmente efectivo en tiempos de alta demanda en la red. En los EE. UU., la demanda aumenta en las tardes de fines de verano cuando las personas encienden sus unidades de aire acondicionado que consumen mucha energía. ATES usa mucha menos energía, lo que aligeraría la carga en la red y ayudaría a evitar accidentes. Si estos sistemas no solo pudieran funcionar con energía solar o eólica, sino que también estuvieran respaldados por una red distribuida de baterías de iones de litio, podrían resistir los cortes de energía por completo.

"Estos sistemas son bastante ideales cuando se integran energías renovables", dice el investigador de sistemas de energía ATD Perera, autor principal del nuevo artículo. (Perera ahora está en la Universidad de Princeton, pero hizo la investigación mientras estaba en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley).

Esta tecnología aún no está ampliamente implementada a nivel mundial. Alrededor del 85 por ciento de los sistemas ATES se encuentran en los Países Bajos, que tiene tanto la geología correcta como estrictos estándares nacionales de eficiencia energética. Pero un estudio encontró que zonas de Alemania son adecuadas para ello; otro encontró que casi un tercio de la población de España vive en áreas aptas para ATES.

Sin embargo, no todas las áreas encajan bien. A diferencia de, digamos, una planta de energía de gas natural, un sistema de energía geotérmica depende de una serie de factores geológicos complejos. "Sería muy, muy difícil decir 'OK, este sistema funciona bien donde vivo en Illinois' y luego tratar de traducirlo a su hogar en California", dice Yu-Feng Lin, geocientífico de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. (Lin es parte del consorcio internacional con Burns, pero no participó en el nuevo artículo). "No es tan simple como copiar y pegar".

Por ejemplo, una ciudad construida sobre roca sólida no tiene fácil acceso a un acuífero. E incluso uno que tenga acceso necesita suficiente "conductividad hidráulica", lo que significa que el agua fluye fácilmente a través de materiales subterráneos como arena y grava. Cuanto mejor fluya el agua, más fácil y menos consumirá energía para bombearla.

Dicho esto, no puede fluir demasiado, porque cuando bombeas agua, puede migrar a otra parte del paisaje. "Quieres que fluya cuando quieres que fluya", dice Peter Nico, geocientífico del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, coautor del artículo con Perera. Afortunadamente para los Estados Unidos, agrega Nico, "hay grandes franjas del país que están en buenas condiciones para ello".

Pero hay otro retador: ATES es caro. Requiere estudiar a fondo la geología de una ciudad determinada y luego pagar para perforar e instalar el equipo de bombeo. Pero al menos ese costo es inicial: una vez que tiene pozos y bombas, todo funciona con energía solar o eólica abundante y gratuita. Además, no ocupa mucho espacio en la superficie, dejando espacio para jardines urbanos y otras áreas verdes abiertas que las ciudades necesitan más que nunca. "Si está dispuesto a pagar un poco más para mejorar la resiliencia climática o volverse más sostenible", dice Perera, "esta sería la forma ideal de hacerlo".