Los científicos investigan el suelo como una solución de almacenamiento de energía térmica

Configuración experimental. Crédito: sostenibilidad (2025). Doi: 10.3390/su17010262

Cuando llega la primavera y la temporada de calefacción llega a su fin, mantener el calor se vuelve menos problemas. Sin embargo, los científicos nos recuerdan que no es solo una necesidad estacional: el calor también es un recurso energético valioso que puede almacenarse y usarse cuando sea necesario. Investigadores de la Universidad Tecnológica de Kaunas (KTU) han descubierto una solución innovadora debajo de nuestros pies: usar el suelo como un sistema eficiente de almacenamiento de energía térmica.

El profesor de KTU, el Dr. Tadas ždankus y su equipo, han estado investigando cómo el terreno puede servir no solo para fines de construcción sino también como un medio para el almacenamiento de calor. En el núcleo de su investigación hay un acumulador de calor en tierra que almacenaría el exceso de energía bajo tierra y la pondría a disposición cuando la demanda alcanza su punto máximo.

“Nuestro objetivo era convertir el calor, que normalmente se disiparía en el suelo como residuos, en una fuente de energía útil”, explica el Dr. ždankus. El trabajo se publica en la revista Sostenibilidad.

Potencial de almacenamiento de calor subterráneo

Al comienzo de su investigación, el profesor ždankus y el equipo exploraron cómo se podría usar energía eólica para producir calor en lugar de electricidad. En lugar de un generador convencional, emplearon un sistema hidráulico. Los investigadores encontraron que las llamadas pérdidas hidráulicas, típicamente vistas como ineficiencias, en realidad estaban generando calor utilizable. “Las pérdidas hidráulicas que estábamos tratando tanto de eliminar resultaron ser nada menos que la generación de calor”, dice un profesor de KTU.

Sin embargo, se perdió una parte de este calor antes de llegar a los edificios que estaba destinado a calentarse durante las temporadas más frías. “La pregunta se convirtió en cómo no solo reducir la pérdida de calor al suelo, sino también almacenarla y retenerla para uso futuro”, agrega žDankus.

Para probar esta idea, los investigadores realizaron experimentos utilizando una fuente de calor artificial colocada en capas de suelo superficial. Medieron cómo se propaga el calor, qué tan rápido se mueve y cuánto tiempo persiste en el suelo. En una prueba, el suelo se calentó hasta el punto en que la humedad comenzó a evaporarse, lo que provocó un cambio de fase, en el que el agua líquida se convierte en vapor.

“El cambio de fase puede ser una forma eficiente de almacenar el calor. La cantidad significativamente mayor de energía puede cargarse en el suelo”, explica un profesor de KTU.

A medida que el vapor viaja por el suelo, distribuye el calor sobre un área más ancha. “Notamos un fuerte aumento de la temperatura donde sea que alcance el flujo de vapor. Esto significa que la energía se mueve y puede controlarse”, dice el profesor ždankus.

Tal sistema podría ayudar a equilibrar las redes de calefacción del distrito o aliviar el estrés durante las sobrecargas de la red eléctrica. “También es posible instalar acumuladores térmicos para uso individual, debido a edificios residenciales, calles o estacionamientos”, agrega.

Esta investigación demuestra que el almacenamiento subterráneo de calor puede ser mucho más eficiente de lo que se creía anteriormente. Además, principios similares podrían aplicarse al enfriamiento. “El almacenamiento subterráneo de frío o frialdad también es posible”, señala un experto en KTU.

Convertir el terreno en una celda de energía

Una vez que se confirmó la viabilidad del almacenamiento de calor subterráneo, los investigadores comenzaron a explorar sus aplicaciones prácticas. Querían ver si el suelo debajo de los edificios podía almacenar pasivamente el calor, haciendo uso del flujo natural de calor hacia abajo desde los edificios hacia el suelo.

“Comenzamos en el laboratorio. Se desarrolló una celda prototipo de energía del suelo junto con una configuración de pruebas para estudiar cómo se propaga el calor a través del suelo. Las temperaturas se midieron a varias profundidades, incluso en la superficie y en el aire”, explica el Dr. ždankus.

El equipo examinó cuánto tiempo el suelo retuvo el calor y qué tan rápido volvió a su temperatura original. Estos hallazgos ayudaron a evaluar la confiabilidad a largo plazo de dicho método de almacenamiento.

Los estudiantes de KTU Master también participaron en el proyecto. Las mediciones y cálculos abarcaron un año entero, lo que permitió al equipo monitorear los efectos estacionales y comparar los resultados con los datos climatológicos existentes. “Las mediciones de un año revelaron patrones estacionales naturales en la temperatura del suelo y nos permitieron identificar varias tendencias”, comparte el profesor.

Se realizaron simulaciones numéricas adicionales para evaluar posibles pérdidas de calor y la efectividad del almacenamiento de calor en edificios. “Descubrimos que incluso el uso pasivo de un volumen de suelo aislado debajo de un edificio puede reducir la pérdida de calor y aumentar su eficiencia energética. Menos pérdida de calor significa menos energía necesaria para el calentamiento, lo que a su vez conduce a ahorros de energía. Si ese calor proviene de combustir combustibles fósiles o biomasa, nuestra solución también reduce las emisiones de dióxido de carbono”, señala el Dr. Žankus.

Para que estos sistemas de almacenamiento basados ​​en el suelo sean viables para un uso generalizado, los investigadores ahora están desarrollando prototipos escalados y refinando los métodos de control de distribución de calor. Según el científico de la Facultad de Ingeniería y Arquitectura Civil de KTU, el proyecto está evolucionando a través de la colaboración con expertos en varios campos, desde ingenieros geotécnicos hasta especialistas en sistemas de energía.

“Nuestro objetivo inmediato es integrar soluciones existentes, como pozos, pilas y otras tecnologías de intercambio de calor subterráneo en un sistema que pueda beneficiar a los sectores de la industria y residenciales”, concluye.

Más información: Tadas Zdankus et al, Investigación sobre el aumento de la eficiencia energética del edificio mediante el uso del suelo debajo de la termoacumulación, la sostenibilidad (2025). Doi: 10.3390/su17010262

Proporcionado por la Universidad Tecnológica de Kaunas

Cita: los científicos investigan el suelo como una solución de almacenamiento de energía térmica (2025, 2 de abril) Consultado el 2 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-scientists-sil-thermal-energy-storage.html

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