El Almacenamiento de Calor en el Suelo Podría Resolver el Desafío de Almacenamiento de Energía Renovable

Almacenamiento de Energía a Gran Escala Necesario

Existe una necesidad creciente de sistemas de baterías que puedan almacenar una gran cantidad de energía durante varias horas o días. Esto se debe a que la energía solar y eólica es intermitente, fluctuando a lo largo del día y de un día a otro.

En climas fríos, la situación se agrava, ya que a menudo cuando las temperaturas son especialmente bajas, el consumo de energía aumenta para calentar los edificios. Por lo tanto, cuando el cielo está nublado o los paneles solares están cubiertos de nieve, la demanda de energía es la más alta.

Utilizar baterías de ion‑litio como las de los vehículos eléctricos es poco probable que sea una solución viable a gran escala. Simplemente son demasiado caras, no lo suficientemente duraderas y consumen demasiados materiales primas.

Por eso se han considerado muchas químicas de baterías alternativas para el almacenamiento de energía a escala de servicios públicos. Analizamos la mayoría de estas opciones en nuestro artículo “El Futuro del Almacenamiento de Energía – Tecnologías de Baterías a Escala de Servicios Públicos”, incluyendo fosfato de hierro‑litio, ion‑sodio, flujo redox, hierro‑aire, metal fundido, níquel‑hidrógeno, sodio‑azufre, etc.

Todas estas baterías almacenan energía en forma de electricidad de una forma u otra, generalmente a través de la oxidación y reducción de un metal.

El problema es que incluso metales muy comunes como el hierro o el aluminio seguirían requiriendo una gran cantidad de minería. Entonces, ¿qué pasaría si almacenáramos energía en otra forma?

Almacenamiento de Calor

Existe un sorprendentemente gran número de opciones para almacenar energía sin usar la electricidad como medio de almacenamiento. Las analizamos con más detalle en “Alternativas No Químicas a las Baterías para la Transición Energética”. Estas opciones incluyen:

• Aire comprimido.
• Baterías de gravedad (rocas, hidroeléctrica bombeada).
• Baterías de calor.
• Volantes de inercia.
• Solar térmico.

Cada una de estas opciones, baterías y no‑baterías, tiene ventajas y desventajas. La solución ideal de almacenamiento de energía cumpliría algunas características:

• No requiere metales ni materiales raros.
• Almacenamiento de energía de larga duración, idealmente en rangos de varias semanas o meses.
• Bajo costo.
• Fácilmente escalable sin limitaciones de sitios o recursos disponibles.
• Puede convertirse de nuevo en electricidad con pérdidas mínimas.

Para los primeros 4/5 criterios, el almacenamiento de calor encajaría. Exploramos algunas de las posibles tecnologías de “batería de calor” en nuestro artículo dedicado “Baterías de Calor Madurando Rápidamente sin Necesidad de Minar Metales”.

Sin embargo, incluso estas soluciones aún requieren cierta fabricación de la capacidad de almacenamiento, ya sea gigantescos silos aislados llenos de arena o bloques de carbono puro calentados a 1500°C.

Investigadores de la Universidad Tecnológica de Kaunas (Lituania) están explorando ahora otra posibilidad: almacenar la energía directamente en el suelo bajo los edificios, sin necesidad de fabricación adicional.

Publicaron sus hallazgos en una edición especial de la revista Sustainability¹ bajo el título “Research on Increasing the Building’s Energy Efficiency by Using the Ground Beneath It for Thermo-Accumulation”.

Capacidad Térmica del Suelo

Debido a que los suelos contienen una mezcla de minerales y agua, tienden a tener una masa térmica masiva, que es la cantidad de energía en forma de calor que pueden contener para un volumen o masa dados. La naturaleza del suelo, como su estructura física, contenido de materia orgánica, textura y composición mineral, determina las variaciones térmicas del suelo.

Por ello, el suelo tiende a mantener una temperatura más constante por debajo de cierta profundidad (generalmente 2‑3 metros / 6.5‑10 pies), reflejando la temperatura media anual de una zona determinada.

Fuente: MDPI

Es este principio el que aprovechan las bombas de calor geotérmicas, que toman el calor almacenado por el suelo en verano para calentar los hogares en invierno, en lugar de intentar bombear calor del aire superficial mucho más frío. También puede funcionar a la inversa en climas cálidos, donde el suelo permanece más frío durante el día y el verano que el aire superficial. Los mismos principios también se están aplicando en invernaderos geotérmicos,

Medición de la Difusión Térmica

Configuración Experimental

Se ha realizado poca prueba que analice la difusión térmica en múltiples capas de suelo y la mida durante todo el año, lo que permite una comprensión adecuada del potencial del suelo como batería térmica práctica.

Así, la investigación creó una configuración experimental con múltiples mediciones a distintas profundidades. Añadieron una resistencia eléctrica para medir posteriormente la difusión del calor. La investigación experimental sobre la disipación de calor en el suelo comenzó en diciembre y finalizó en julio.

Fuente: MDPI

Las mediciones experimentales se compararon con una simulación digital de la difusión de calor en el suelo, obteniendo resultados similares en ambos casos, lo que confirma la validez de la simulación.

Fuente: MDPI

“Las mediciones a lo largo de un año revelaron patrones estacionales naturales en la temperatura del suelo y nos permitieron identificar varias tendencias. Descubrimos que incluso el uso pasivo de un volumen aislado de suelo bajo un edificio puede reducir la pérdida de calor y aumentar su eficiencia energética.”

Prof. Ždankus – Profesor en la Universidad Tecnológica de Kaunas

Almacenamiento de Energía en Agua

Los investigadores ya sabían que el contenido de agua del suelo, así como los espacios de aire, afectan dramáticamente la velocidad de difusión térmica en el suelo y su masa térmica. A medida que aumenta la profundidad, también lo hace el tiempo de acumulación, permitiendo que el suelo almacene calor más lentamente y durante períodos más largos.

Se descubrió que la actividad del agua es un factor clave en la difusión de calor en el suelo, ya que el agua puede mover el calor entre capas del suelo y también lateralmente.

En una prueba, el suelo se calentó hasta el punto en que la humedad comenzó a evaporarse, desencadenando un cambio de fase en el que el agua líquida se convierte en vapor. Este “cambio de fase” de agua líquida a vapor absorbe una cantidad significativa de calor, aumentando la capacidad total del suelo para retener calor mientras también modifica el patrón de distribución.

“El cambio de fase puede ser una forma eficiente de almacenar calor. Se pueden cargar cantidades de energía significativamente mayores en el suelo.

Cuando el vapor viaja a través del terreno, distribuye el calor sobre una zona más amplia. “Observamos un aumento brusco de temperatura dondequiera que el flujo de vapor llegara. Esto significa que la energía se está moviendo y puede ser controlada.”

Prof. Ždankus – Profesor en la Universidad Tecnológica de Kaunas

Aplicaciones Prácticas

Convertir Cada Terreno en una Batería

Como cada edificio tiene una huella significativa, utilizar el suelo tanto para la estabilidad estructural como para el almacenamiento de calor no requeriría esfuerzo, especialmente en edificios nuevos, con el intercambio térmico instalado durante la construcción de los cimientos del edificio.

Lo mismo podría decirse de grandes superficies construidas con concreto o asfalto.

“Un sistema de este tipo podría ayudar a equilibrar las redes de calefacción distrital o aliviar la presión durante sobrecargas de la red eléctrica. También es posible instalar acumuladores térmicos para uso individual – bajo edificios residenciales, calles o estacionamientos.”

Prof. Ždankus – Profesor en la Universidad Tecnológica de Kaunas

La idea sería usar el excedente de energía durante las horas y días soleados, o los días ventosos, y calentar el suelo como una gigantesca batería de calor. La mayor cantidad de energía se necesitó para calentar el suelo circundante al principio.

En la configuración experimental, tomó alrededor de una semana de flujo de calor continuo alcanzar un equilibrio estable, donde no se podía añadir más calor al suelo sin que se filtrara.

Redes Descentralizadas y Calor

Una ventaja clave de esta tecnología sería que puede capitalizar fácilmente la naturaleza descentralizada de la producción solar, tanto en entornos rurales como urbanos.

Puede causar problemas, ya que la red no fue diseñada para manejar cargas que fluctúan ampliamente a lo largo del día en lo que antes era solo un punto de consumo relativamente estable. En ese sentido, los parques de baterías aportan poca ayuda, pues la red eléctrica aún necesita una actualización para alimentar las baterías.

En su lugar, el excedente de producción solar en un edificio dado podría enviarse localmente como calor al suelo y reutilizarse más tarde en la noche o después de varios días para volver a calentarlo. De esta manera, la red local no se sobrecarga durante las horas más soleadas.

Esto también puede funcionar en cierta medida para refrigeración, ya que el suelo puede almacenar frío además de calor.

Investigación Adicional

Se necesita una evaluación más profunda de la economía del sistema, integrando los precios del equipamiento utilizado y los costos de construcción, los ahorros en actualizaciones de la red y cuánto tiempo el suelo puede mantener el calor de forma económica.

Hasta ahora parece que este debería ser un mejor sistema para equilibrar la demanda de energía en el ciclo día‑noche, o durante varios días, que el equilibrio a varios meses y estacional.

Otro aspecto que requiere investigación antes de desplegar un uso práctico de la tecnología es cómo puede utilizar soluciones existentes y listas para usar ya empleadas por la industria geotérmica.

“Nuestro objetivo inmediato es integrar soluciones existentes, como pozos, pilotes y otras tecnologías de intercambio de calor subterráneo, en un sistema que pueda beneficiar tanto a la industria como al sector residencial.”

Prof. Ždankus – Profesor en la Universidad Tecnológica de Kaunas

Invertir en Energía Geotérmica

El sector sigue siendo relativamente pequeño en comparación con otras renovables y está evolucionando rápidamente en el plano tecnológico. Lo discutimos con más detalle en “Geothermal Power: Green Energy That is Red‑Hot”.

Esto significa que muchas de las startups más avanzadas del sector aún están listadas de forma privada. Por ejemplo, energía geotérmica de circuito cerrado Eavor, geotermia supercrítica Quaise, o fondos accesibles solo a inversores acreditados como Baseload Capital.

También implica que algunas compañías geotérmicas avanzadas, como Iceland Drilling, podrían ser solo una pequeña parte de una empresa petrolera y de gas mucho mayor (Archer Wells – ARCH.OL en este caso).

Aún así, algunas compañías están cotizadas públicamente y disponibles para inversores minoristas. Puedes invertir en compañías relacionadas con la geotermia a través de muchos corredores, y puedes encontrar nuestras recomendaciones de los mejores corredores en este sitio web en EE. UU., Canadá, Australia, Reino Unido, y muchos otros países.

Si no te interesa seleccionar compañías específicas, también puedes considerar ETFs como el Shares Global Clean Energy ETF (ICLN), el First Trust NASDAQ Clean Edge Green Energy Index Fund (QCLN) o el ALPS Clean Energy ETF (ACES) para capitalizar el crecimiento del sector de energía geotérmica.

Empresas Geotérmicas

1. Ormat Technologies, Inc.

Ormat es el mayor propietario y operador de energía geotérmica del mundo. La compañía tiene activos en EE. UU., Kenia, Indonesia y Centroamérica + el Caribe, con una capacidad de 1,5 GW, o el 10 % de la capacidad global de generación de energía geotérmica, con 253 MW añadidos solo en 2024.

Fuente: Ormat

La compañía apunta a un fuerte crecimiento de la capacidad de producción de energía, con muchos nuevos pozos de exploración perforados, particularmente en Nevada, Utah y California. En total, debería alcanzar entre 2,6‑2,8 GW de capacidad de producción para 2028.

Fuente: Ormat

Ormat también está ingresando al mercado de almacenamiento de energía, con 290 MW en línea. Se están desarrollando 385 MW de capacidad de almacenamiento adicional, con un potencial de 2,9 GW a largo plazo.

Fuente: Ormat

También es proveedora de tecnología geotérmica, aportando su experiencia al 74 % de los proyectos de plantas binarias, que transfieren el calor del suelo a otro líquido; las plantas binarias representan el 61 % del mercado global de energía geotérmica, lo que significa que Ormat controla el 45 % del mercado global.

Fuente: Ormat

La energía geotérmica es actualmente un sector de rápido crecimiento, pero también uno que sigue siendo muy conservador debido a la falta de familiaridad con la tecnología por parte de la mayoría de las utilities y empresas industriales.

En ese sentido, esto coloca a Ormat en una posición ventajosa para capitalizar la creciente demanda, al mismo tiempo que es uno de los actores más establecidos en la industria, y proporciona energía renovable de base, algo que otras tecnologías verdes aún luchan por lograr.

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Referencia del Estudio:

^{1. Tadas Zdankus , Sandeep Bandarwadkar, Juozas Vaiciunas, Gediminas Stelmokaitis, and Arnas Vaicaitis (2025). Investigación sobre el Aumento de la Eficiencia Energética del Edificio mediante el Uso del Suelo Subyacente para la Termoacumulación. Integración y Aplicación de Energía Renovable en Edificios para la Neutralidad de Carbono, 2ª Edición https://doi.org/10.3390/su17010262}