Una investigación de la UR plantea aprovechar el calor del subsuelo sin aumentar la extracción de recursos

Una tesis doctoral plantea la integración de un ciclo transcrítico de dióxido de carbono (tCOâ‚‚) como ciclo de recuperación de calor residual para solucionar la baja eficiencia térmica de las centrales geotérmicas convencionales, en las que una fracción significativa de la energía térmica del geofluido se desaprovecha al ser reinyectada en el reservorio o liberada al ambiente.

Esta es una de las aportaciones que el investigador Yashar Aryanfar plantea en su tesis doctoral Energy, exergy, exergeo-economic and exergeo-environmental analysis of trans-critical CO2 cycle powered by a geothermal cycle in two functional modes of single-flash and double-flash, que le ha valido el grado de doctor por la Universidad de La Rioja.

Desarrollada en el Departamento de Ingeniería Mecánica –en el marco del programa 881D Doctorado en Innovación en Ingeniería de Producto y Procesos Industriales (Real Decreto 99/2011)– la tesis ha sido dirigida por Julio Blanco Fernández (Universidad de La Rioja) y Jorge Luis García Alcaraz (Universidad Autónoma de Ciudad Juárez).

Yashar Aryanfar, que ha obtenido la calificación de sobresaliente ‘cum laude’, es graduado en Ingeniería Mecánica, especialidad en Calor y Fluidos, por la Universidad de Urmia (Irán), así como graduado en Dirección Financiera por la Islamic Azad University, Electronic Branch (Irán) y Máster en Ingeniería Mecánica, especialidad en Conversión de Energía, por la Universidad Azarbaijan Shahid Madani (Irán).

Además, es doctor en Ciencias de la Ingeniería Avanzada por la Universidad Autónoma de Ciudad Juárez (México) y doctor en Ingeniería Mecánica por la Hohai University (China). Cuenta con más de 90 artículos JCR publicados y, entre sus reconocimientos recientes, destaca el JTACC Award 2025, otorgado en Budapest por sus resultados científicos.

En su tesis doctoral, parte del problema de baja eficiencia de las centrales geotérmicas convencionales. En estas, que funcionan con ciclos de simple o doble flash, una parte importante del calor que se extrae del subsuelo no se aprovecha para producir electricidad, sino que se pierde cuando el fluido geotérmico se reinyecta en el terreno o se libera al entorno.

Una forma de solucionar este problema es aprovechar ese calor residual o sobrante mediante la integración de un ciclo adicional basado en dióxido de carbono, elegido porque presenta propiedades muy favorables para trabajar con fuentes de calor de baja temperatura: baja temperatura crítica (31,1 °C), alta conductividad térmica, baja viscosidad y seguridad medioambiental.

Todo ello permite generar electricidad adicional sin necesidad de extraer más fluido geotérmico del reservorio, lo que contribuye a una explotación más sostenible del recurso.

La metodología utilizada no se limita a calcular cuánta energía se produce, sino que adopta un enfoque más amplio, conocido como análisis 4E, que tiene en cuenta cuatro aspectos: la energía aprovechada, la calidad de esa energía, los costes económicos asociados y su impacto ambiental.

Los resultados muestran de forma clara que la incorporación del ciclo de COâ‚‚ mejora el rendimiento global de la central, se obtiene más potencia eléctrica, se aprovecha mejor el calor disponible y se reducen tanto los costes de generación como el impacto ambiental

En particular, la configuración de doble flash combinada con el ciclo de COâ‚‚ ofrece los mejores resultados, logrando un equilibrio más favorable entre eficiencia, viabilidad económica y sostenibilidad.

Por otro lado, el doctor Yashar Aryanfar desarrolla modelos matemáticos para el funcionamiento de la central y de cada uno de sus componentes (separadores, intercambiadores de calor, turbinas, bombas y condensadores), lo que permiten evaluar con detalle cómo se distribuyen las pérdidas y los beneficios del sistema.

Además, en la tesis analiza cuánto cuesta realmente producir la electricidad cuando se tienen en cuenta las ineficiencias internas del proceso, así como el impacto ambiental ligado a esas pérdidas de energía. También se han realizado estudios de sensibilidad, variando parámetros clave de operación, con el fin de identificar las condiciones en las que el sistema funciona de manera óptima.

Esta investigación se ha plasmado en seis artículos científicos publicados en revistas internacionales de reconocido prestigio, como son Heliyon, Business Strategy and the Environment, Processes y CT&F - Ciencia, Tecnología y Futuro; esta última revista incluye tres artículos. En ellos se abordan tanto el análisis detallado de sistemas energéticos híbridos como el estudio comparativo de distintos esquemas de aprovechamiento del calor residual y una revisión amplia del sector geotérmico en México.

En conjunto, esta tesis proporciona herramientas y resultados prácticos que pueden servir de apoyo para el diseño y la mejora de las centrales geotérmicas del futuro, contribuyendo a una producción de energía más eficiente y alineada con los objetivos globales de reducción de emisiones y transición energética.