Herramientas nacidas del fracking: combustible geotérmico

Feb 10, 2024

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Estados Unidos tiene suficiente energía geotérmica para abastecer a todo el país. Algunos están intentando desbloquearlo utilizando técnicas del boom del fracking.

Por Brad Plumer

Brad Plumer viajó al condado de Beaver, Utah, para visitar proyectos geotérmicos allí y habló con decenas de personas involucradas en la industria.

En un valle de artemisa lleno de turbinas eólicas y paneles solares en el oeste de Utah, Tim Latimer contempló un dispositivo muy diferente que cree que podría ser igual de poderoso para combatir el cambio climático, tal vez incluso más.

Era una plataforma de perforación, nada menos, trasplantada de los campos petrolíferos de Dakota del Norte. Pero la plataforma que zumbaba suavemente no estaba buscando combustibles fósiles. Estaba perforando en busca de calor.

La compañía de Latimer, Fervo Energy, es parte de un ambicioso esfuerzo para desbloquear grandes cantidades de energía geotérmica del interior caliente de la Tierra, una fuente de energía renovable que podría ayudar a desplazar los combustibles fósiles que están calentando peligrosamente el planeta.

"Hay un recurso prácticamente ilimitado ahí abajo si podemos aprovecharlo", dijo el Sr. Latimer. “La geotermia no utiliza mucha tierra, no produce emisiones y puede complementar la energía eólica y solar. Todo el que lo mira se obsesiona con él”.

Las plantas geotérmicas tradicionales, que existen desde hace décadas, funcionan aprovechando depósitos naturales de agua caliente subterráneos para impulsar turbinas que pueden generar electricidad las 24 horas del día. Sin embargo, pocos sitios tienen las condiciones adecuadas para esto, por lo que la geotermia sólo produce actualmente el 0,4 por ciento de la electricidad de Estados Unidos.

Pero debajo de la superficie hay rocas calientes y secas en todas partes del planeta. Y mediante el uso de técnicas de perforación avanzadas desarrolladas por la industria del petróleo y el gas, algunos expertos creen que es posible aprovechar esa mayor reserva de calor y crear energía geotérmica en casi cualquier lugar. El potencial es enorme: el Departamento de Energía estima que hay suficiente energía en esas rocas para alimentar a todo el país cinco veces y ha lanzado un importante esfuerzo para desarrollar tecnologías para aprovechar ese calor.

Han surgido decenas de empresas geotérmicas con ideas.

Fervo está utilizando técnicas de fracking, similares a las utilizadas para el petróleo y el gas, para abrir rocas secas y calientes e inyectar agua en las fracturas, creando yacimientos geotérmicos artificiales. Eavor, una nueva empresa canadiense, está construyendo grandes radiadores subterráneos con métodos de perforación pioneros en las arenas bituminosas de Alberta. Otros sueñan con utilizar plasma u ondas de energía para perforar aún más profundamente y aprovechar temperaturas “supercalientes” que podrían alimentar limpiamente miles de centrales eléctricas alimentadas con carbón sustituyendo el carbón por vapor.

Aun así, persisten obstáculos a la expansión geotérmica. Los inversores desconfían del costo y los riesgos de los nuevos proyectos geotérmicos. Algunos se preocupan por el uso del agua o los terremotos causados ​​por las perforaciones. Conceder permisos es difícil. Y la geotermia recibe menos apoyo federal que otras tecnologías.

Aún así, el creciente interés en la geotermia está impulsado por el hecho de que Estados Unidos se ha vuelto extraordinariamente bueno en la perforación desde la década de 2000. Innovaciones como la perforación horizontal y la detección magnética han llevado la producción de petróleo y gas a niveles récord, para consternación de los ambientalistas. Pero estas innovaciones pueden adaptarse a la geotermia, donde la perforación puede representar la mitad del costo de los proyectos.

"Todo el mundo sabe acerca de la disminución de costos de la energía eólica y solar", dijo Cindy Taff, quien trabajó en Shell durante 36 años antes de unirse a Sage Geosystems, una nueva empresa geotérmica en Houston. “Pero también vimos fuertes caídas en los costos de la extracción de petróleo y gas durante la revolución del esquisto. Si podemos llevar eso a la geotermia, el crecimiento podría ser enorme”.

Estados como California están cada vez más desesperados por encontrar fuentes de energía limpia que puedan funcionar a todas horas. Si bien la energía eólica y solar están creciendo rápidamente, dependen de combustibles fósiles como el gas natural como respaldo cuando se pone el sol y el viento amaina. Encontrar un reemplazo para el gas es un desafío climático grave, y la geotermia es una de las pocas opciones plausibles.

“Históricamente se ha pasado por alto la geotermia”, dijo en una audiencia la senadora Lisa Murkowski, republicana de Alaska. Pero con la innovación, añadió, "creo que el potencial está ahí, eso es bastante extraordinario".

Cerca de la ciudad de Milford, Utah, se encuentra la planta geotérmica de Blundell, rodeada de pozos de lodo hirviente, respiraderos de vapor sibilantes y las ruinas esqueléticas de un centro turístico de aguas termales. Construida en 1984, la planta de 38 megavatios produce suficiente electricidad para unos 31.000 hogares.

La planta Blundell se basa en vulcanismo antiguo y peculiaridades de la geología: justo debajo de la superficie hay rocas calientes y naturalmente porosas que permiten que el agua subterránea se filtre y se caliente lo suficiente como para crear vapor para generar electricidad. Pero esas condiciones son raras. En gran parte de la región, la roca caliente subterránea es granito duro y el agua no puede fluir fácilmente.

Tres millas al este, dos equipos están tratando de explotar ese granito caliente. Uno es Utah FORGE, un esfuerzo de investigación de 220 millones de dólares financiado por el Departamento de Energía. La otra es Fervo, una nueva empresa con sede en Houston.

Ambos utilizan métodos similares: primero, se perforan dos pozos con forma de L gigante, que se extienden miles de pies hacia el interior del granito caliente antes de curvarse y extenderse miles de pies horizontalmente. Luego, utilice el fracking, que implica explosivos controlados y fluidos a alta presión, para crear una serie de grietas entre los dos pozos. Finalmente, inyecte agua en un pozo, donde con suerte migrará a través de las grietas, se calentará a más de 300 grados Fahrenheit y saldrá por el otro pozo.

Esto es “geotermia mejorada” y la gente ha luchado con las dificultades de ingeniería desde los años 1970.

Pero en julio, FORGE anunció que había enviado agua con éxito entre dos pozos. Dos semanas después, Fervo anunció su propio avance: una prueba de 30 días en Nevada encontró que el proceso podía producir suficiente calor para generar electricidad. Fervo está perforando pozos para su primera central eléctrica comercial de 400 megavatios en Utah, junto al sitio de FORGE.

"Esos son logros importantes, en un período de tiempo más rápido de lo que esperábamos", dijo Lauren Boyd, jefa de la Oficina de Tecnologías Geotérmicas del Departamento de Energía, que estima que la geotermia podría suministrar el 12 por ciento de la electricidad de Estados Unidos para 2050 si la tecnología mejora.

El señor Latimer pareció menos sorprendido. Antes de fundar Fervo en 2017, trabajó como ingeniero de perforación para BHP, una empresa de petróleo y gas. Allí, se convenció de que los intentos anteriores de mejorar la geotermia fracasaron porque no habían aprovechado las innovaciones del petróleo y el gas, como la perforación horizontal o los sensores de fibra óptica.

Fervo no inventó muchas de las herramientas que utiliza. En Utah, la perforación la lleva a cabo Helmerich & Payne, un importante contratista de petróleo y gas que desarrolló una plataforma de alta tecnología con software y sensores que permiten a los operadores dirigir con precisión las brocas bajo tierra. El sesenta por ciento de los empleados de Fervo procedían del petróleo y el gas.

"Si tuviéramos que inventar esto nosotros mismos, nos habría llevado años o décadas", dijo Latimer. "Nuestra gran idea fue que la gente del sector geotérmico simplemente no hablaba lo suficiente con la gente del sector del petróleo y el gas".

La parte difícil ahora es lograr que la geotermia mejorada sea asequible. El Departamento de Energía quiere que los costos caigan a 45 dólares por megavatio-hora para un despliegue generalizado. Los costos de Fervo son "mucho más altos", dijo Latimer, aunque cree que las perforaciones repetidas pueden reducirlos.

La investigación en FORGE podría ayudar. Perforar a mayor profundidad y temperatura puede hacer que los proyectos sean más rentables, ya que más calor significa más energía. Pero los equipos de petróleo y gas existentes no fueron diseñados para temperaturas superiores a 350 grados, por lo que FORGE está probando nuevas herramientas en rocas más calientes.

"Nadie más está dispuesto a correr los riesgos que nosotros podemos correr", afirmó Joseph Moore, geólogo de la Universidad de Utah que dirige FORGE.

La geotermia mejorada enfrenta otros desafíos, advirtió el Dr. Moore. La geología subterránea es compleja y resulta complicado crear fracturas que mantengan el calor y no pierdan demasiada agua con el tiempo. Los perforadores deben evitar provocar terremotos, un problema que afectó a los proyectos geotérmicos en Corea del Sur y Suiza. FORGE monitorea de cerca su sitio de Utah en busca de actividad sísmica y no ha encontrado nada preocupante.

Conceder permisos es difícil. Si bien la geotermia mejorada podría, en teoría, funcionar en cualquier lugar, los mejores recursos se encuentran en terrenos federales, donde las revisiones regulatorias toman años y a menudo es más fácil obtener permiso para perforar petróleo y gas debido a las exenciones obtenidas por las compañías de combustibles fósiles.

Aún así, el interés está aumentando. California está luchando contra la escasez de electricidad y recientemente tuvo que extender la vida útil de tres plantas de gas antiguas y contaminantes. Los reguladores han ordenado a las empresas de servicios públicos que agreguen 1.000 megavatios de electricidad de fuentes limpias que puedan funcionar a todas horas para respaldar las fluctuaciones de los suministros eólicos y solares. Un proveedor de electricidad, Clean Power Alliance, acordó comprar 33 megavatios de la planta de Fervo en Utah.

"Si podemos encontrarla, tenemos un gran apetito por la energía geotérmica", dijo Ted Bardacke, director ejecutivo de Clean Power Alliance. “Estamos agregando más energía solar cada año durante el día y tenemos una gran cantidad de baterías para pasar la energía a la noche. ¿Pero qué hacemos por la noche? Ahí es donde la geotermia realmente puede ayudar”.

Fervo se enfrenta a una feroz competencia por el futuro de la geotermia.

Una alternativa es un sistema de “circuito cerrado”, que implica perforar tuberías selladas en rocas secas y calientes y luego hacer circular fluido a través de las tuberías, creando un radiador gigante. Esto evita la imprevisibilidad del agua que fluye a través de la roca subterránea y no implica fracking, que está prohibido en algunas zonas. La desventaja: perforación más complicada.

Eavor, una empresa con sede en Calgary, ya ha probado un sistema de circuito cerrado en Alberta y ahora está construyendo su primera planta de 65 megavatios en Alemania.

"Si la energía geotérmica alguna vez va a escalar, tiene que ser un proceso repetible que se pueda realizar una y otra vez", dijo John Redfern, director ejecutivo de Eavor. "Creemos que tenemos la mejor manera de hacerlo".

En Texas, Sage Geosystems está buscando pozos fracturados que actúen como baterías. Cuando hay un excedente de electricidad en la red, se bombea agua al pozo. En momentos de necesidad, la presión y el calor en las fracturas empujan el agua hacia arriba, entregando energía.

La visión más audaz de la geotermia es perforar seis millas o más bajo tierra donde las temperaturas superen los 750 grados Fahrenheit. En ese punto, el agua se vuelve supercrítica y puede contener entre cinco y diez veces más energía que el vapor normal. Si funciona, dicen los expertos, la energía geotérmica "supercaliente" podría proporcionar energía limpia, abundante y barata en cualquier lugar.

"El objetivo final debería ser llegar a las cosas supercalientes", dijo Bruce Hill, del Clean Air Task Force, un grupo ambientalista.

Pero llegar tan profundo requiere herramientas futuristas. La empresa eslovaca GA Drilling está desarrollando sopletes de plasma para perforar a altas temperaturas. Quaise, una nueva empresa con sede en Massachusetts, quiere utilizar ondas milimétricas (microondas de alta frecuencia) para pulverizar rocas y alcanzar profundidades de hasta 12 millas.

"Existen enormes desafíos de ingeniería", dijo Carlos Araque, director ejecutivo de Quaise.

“Pero”, añadió, “imagínese si se pudiera perforar junto a una planta de carbón y obtener vapor lo suficientemente caliente como para alimentar las turbinas de esa planta. Reemplazo del carbón en miles de plantas de carbón en todo el mundo. Ese es el nivel de geotermia que estamos tratando de desbloquear”.

El gobierno federal desempeña un papel de liderazgo en el fomento de nuevas tecnologías energéticas riesgosas. Pero los legisladores suelen pasar por alto la geotermia. El reciente proyecto de ley de infraestructura proporcionó 9.500 millones de dólares para hidrógeno limpio, pero sólo 84 millones de dólares para geotermia avanzada.

"Ha sido difícil para la geotermia abrirse camino en la conversación", dijo Jamie Beard, fundador de Project InnerSpace, una organización sin fines de lucro con sede en Texas que promueve la geotermia.

Beard ha pasado años intentando que las empresas de petróleo y gas se entusiasmen con la geotermia. Eso está sucediendo lentamente: Devon Energy invirtió 10 millones de dólares en Fervo, mientras que BP y Chevron respaldan a Eavor. Nabors, un proveedor de servicios de perforación, ha invertido en GA Drilling, Quaise y Sage.

En Oklahoma, un consorcio de empresas de petróleo y gas liderado por Baker Hughes lanzó recientemente un esfuerzo para explorar la conversión de pozos abandonados en plantas geotérmicas.

"Históricamente, los costos iniciales y los riesgos de la geotermia han sido un desafío", dijo Ajit Menon, vicepresidente de geotermia de Baker Hughes. “Pero creemos que tiene un papel muy importante que desempeñar. Y tenemos trabajadores con las habilidades adecuadas y la tecnología adecuada. Puedes ver por qué tiene sentido para nosotros”.

Brad Plumer es un reportero climático especializado en esfuerzos políticos y tecnológicos para reducir las emisiones de dióxido de carbono. En The Times, también ha cubierto las conversaciones internacionales sobre el clima y el cambiante panorama energético en los Estados Unidos. Más información sobre Brad Plumer

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