El uso de fuentes geotérmicas en edificios tiene un alto potencial de ahorro energético. Pero existen barreras tanto tecnológicas como económicas que limitan su expansión. Encontrar soluciones innovadoras, eficientes, asequibles y rentables es el objetivo del proyecto GEOTeCH (Geothermal Technology for Economic Cooling and Heating) que, tras 48 meses de trabajo, ha desarrollado soluciones que contribuyen a favorecer el uso de la energía geotérmica en edificios.
La energía geotérmica tiene un alto potencial para usos térmicos en los edificios; sin embargo, las tecnologías de perforación convencionales presentan una serie de limitaciones (alto coste, dificultades técnicas, logística compleja, etc.). El proyecto europeo GEOTeCH surgió con la intención de superar estas barreras y desbloquear el potencial de los recursos geotérmicos en los edificios. Para ello, los integrantes del consorcio han ideado y desarrollado innovaciones tecnológicas en la perforación y el sistema de intercambio de calor con el terreno.
Objetivos de GEOTeCH
El proyecto GEOTeCH tiene como objetivo estimular y promover una mayor utilización de calefacción y refrigeración utilizando sistemas geotérmicos (GSHP) poco profundos a través del desarrollo de tecnologías innovadoras de perforación e intercambio de calor del subsuelo.
Los sistemas GSHP utilizan una bomba de calor como fuente geotérmica, proporcionando calefacción, refrigeración y agua caliente sanitaria sin ninguna combustión directa de combustibles fósiles.
La solución planteada por GEOTeCH es significativamente más rentable, asequible y eficiente que otros sistemas convencionales. La intención de GEOTeCH no es únicamente desarrollar e innovar en las tecnologías de perforación e intercambiadores de calor. La idea es ir más allá desarrollando sistemas híbridos que combinan bomba de calor y control para que se puedan ofrecer sistemas completos plug & play eficientes y replicables en el mercado de viviendas y edificios pequeños.
De esta manera, GEOTeCH da respuesta a la Directiva Europea de Eficiencia Energética, que establece medidas para lograr mayores ahorros en el suministro y uso de energía. Partiendo de la base de que los edificios consumen el 40% de la energía primaria y son responsables del 80% de las emisiones de CO2, es urgente y crucial buscar soluciones que contribuyan a un uso más eficiente de la energía en el parque inmobiliario.
Por tanto, otro objetivo de GEOTeCH es contribuir significativamente a las políticas energéticas y medioambientales de la UE, presentando soluciones versátiles para edificios tanto nuevos como existentes, tanto residenciales como comerciales, garantizando el ahorro de energía y la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero
Tecnologías geotérmicas superficiales innovadoras
GEOTeCH ha diseñado, construido y puesto a prueba un equipo de perforación con un barreno de vástago hueco -comercializado por Conrad (socio del proyecto)- para facilitar la instalación de los intercambiadores verticales de calor a bajas profundidades. Este equipo puede perforar rápidamente en suelos blandos (arena, grava, arcillas), con un uso mínimo o nulo de agua. El coste de estas unidades, diseñadas para edificios pequeños, es un 70% inferior al coste de tecnologías de perforación rotatoria a pozo abierto con lodo.
Por otro lado, se ha desarrollado una tecnología de intercambiadores de calor subterráneos para edificios pequeños, basada en un intercambiador coaxial vertical de calor, que puede aprovechar la energía a una profundidad menor que la habitual.
Además, se ha desarrollado una bomba de calor dual (aire/tierra) que ha sido integrada en el sistema de intercambiadores vertical de calor. La particularidad de esta bomba de calor es el uso de un nuevo refrigerante mucho menos nocivo para el medio ambiente y su adaptabilidad en función del sitio de instalación gracias a su dualidad aire/tierra.
GEOTeCH también ha desarrollado y construido un sistema de cimentación termo-activada en el que el intercambiador geotérmico se encuentra embebido en elementos de cimentación del edificio, consiguiendo una reducción de coste del 82% para el intercambiador y una reducción del 40% de la inversión para la instalación geotérmica llaves en mano. La energía renovable geotérmica obtenida puede usarse para calefacción, refrigeración y ACS del edificio.
Edificios demostradores
La evaluación de los equipos de perforación y de los intercambiadores de calor fueron evaluados en cuatro edificios de Europa. El sistema de intercambiadores de calor en pozos verticales ha sido evaluado en edificios a pequeña escala en tres demostradores piloto: un hogar en Leicester (Reino Unido), un pequeño local de oficinas en Ámsterdam (Países Bajos) y oficinas en Padua (Italia).
Las tecnologías implementadas en estos tres casos son máquinas perforadoras de barrena de vástago hueco, intercambiador de calor vertical espiral coaxial y bomba de calor híbrida.
Por su parte, la tecnología de cimentación termo-activada (Foundation Heat Exchanger, FHX) se ha implementado y evaluado en un complejo de cuatro edificios de oficinas en Barcelona, obteniendo una potencia térmica de intercambio geotérmica de 100 kWt para alimentar la demanda base en calefacción y en refrigeración.
Resultados
Tras monitorizar los casos de Leicester, Ámsterdam y Padua, se llegó a la conclusión de que los sistemas de pequeña escala (hasta 50kW) son adecuados para casas unifamiliares y pequeños edificios terciarios como escuelas, museos u oficinas que ocupan poca superficie. Las tecnologías que han estado desarrolladas e instaladas en estos demostradores piloto son: máquinas perforadoras de barrena de vástago hueco, bomba de calor dual e intercambiador de calor espiralcoaxial.
Hay que destacar que en Ámsterdam, para llevar a cabo la perforación y los intercambiadores verticales (Borehole Heat Exchanger, BHX) se utilizó una máquina diferente adaptada para la ubicación del piloto.
La posibilidad de adaptar las barrenas a otros equipos de perforación es otra de las ventajas de las tecnologías de perforación desarrolladas en el proyecto. En Padua, el sistema funciona en modo calefacción y refrigeración desde noviembre de 2017 y se ha realizado una comparativa entre las fuentes de intercambio disponibles (terreno o aire).
Implementación en el mercado
Todos los desarrollos relevantes para la explotación comercial y para la implantación en el mercado de las soluciones tecnológicas desarrolladas por GEOTeCH han sido consolidados en un plan de negocio, dentro del cual se ha realizado un análisis de mercado para definir una estrategia comercial y crear una previsión de ventas.
También se han elaborado proyecciones financieras para las soluciones implementadas en cada uno de los cuatro edificios piloto y se han llevado a cabo sesiones de trabajo con los socios del proyecto con el fin de crear modelos de coste para los cuatro demostradores.
En referencia a la comercialización de las tecnologías desarrolladas en el proyecto, cabe destacar que la máquina perforadora ya se encuentra en el mercado. El fabricante Conrad ya está comercializando una versión mejorada del prototipo utilizado en GEOTeCH. Esta mejora se realizó dentro del proyecto mismo, lo cual quiere decir que se ha ido más allá del objetivo inicial, el cual consistía en presentar la maquinaria a nivel de prototipo. El nuevo modelo es más pequeño, más ligero y con las mismas funcionalidades.
Un consorcio coordinado por una empresa española
GEOTeCH arrancó en mayo de 2015 y finalizó en abril de 2019. Se trata de un proyecto cofinanciado por el programa Horizonte 2020 de la Unión Europea. Con un presupuesto de 9.025.458,75 euros, la UE ha aportado 7.136.662,88 euros, algo más del 79%.
Para llevar a cabo el proyecto GEOTeCH, se formó en el año 2015 un consorcio de 16 socios procedentes de seis países europeos: Alemania, Bélgica, España, Italia, Países Bajos y Reino Unido. Todos bajo la coordinación de la empresa española Solintel.