La perspectiva de una energía geotérmica limpia prácticamente ilimitada es ahora sustancialmente más brillante. El Laboratorio de Mecánica Experimental de Rocas (LEMR) de la EPFL ha demostrado que la roca semiplástica y pegajosa a profundidades supercríticas aún se puede fracturar para dejar pasar el agua.
Junto con la energía nuclear en forma de fisión o fusión (y una o dos fuentes más de vanguardia), la energía geotérmica encierra la genuina promesa de hacer que el concepto de escasez general de energía sea tan obsoleto como la preocupación por los tigres dientes de sable. Aprovechando el enorme calor del interior de la Tierra, es teóricamente posible extraer suficiente energía limpia para satisfacer todas las necesidades energéticas de la humanidad durante los próximos millones de años, resolviendo el mayor desafío del cambio climático más o menos de la noche a la mañana.
El problema es que toda esa encantadora energía está atrapada a kilómetros de profundidad bajo la corteza terrestre, y los costos para alcanzarla son astronómicos. Como resultado, la energía geotérmica actual es una fuente de nicho que sólo está disponible en unas pocas regiones volcánicas dispersas donde el calor está mucho más cerca de la superficie, generalmente muy lejos de donde se necesita la energía.
Pero en casi todas partes del planeta hay un recurso geotérmico supercrítico mucho más poderoso esperando a ser aprovechado, si se pudiera perforar lo suficiente como para llegar a las rocas realmente calientes que se encuentran muy por debajo de la superficie. Todavía estamos hablando solo de una fracción de la distancia a través de la corteza terrestre, pero allí abajo hace suficiente calor como para calentar agua a temperaturas superiores a 400 °C (752 °F).
A estas temperaturas, el agua se vuelve “supercrítica” y comienza a actuar como algo a medio camino entre un líquido y un gas, fluyendo tan fácilmente como un gas pero conservando la densidad de un líquido. Esta fase se puede aprovechar para extraer mucha energía. En términos prácticos, si se puede llevar agua a temperaturas supercríticas, se puede hacer funcionar una planta de energía geotérmica con una producción 10 veces mayor que una convencional que utiliza agua a menor temperatura.
La mala noticia es que perforar a tales profundidades (a veces más allá del récord mundial de 12 km (7,5 millas) de profundidad del pozo de Kola) está actualmente más allá de la ingeniería más avanzada, aunque hay algunos proyectos muy prometedores que podrían resolver este problema en orden relativamente corto.
La buena noticia es que si pudiéramos dominar la perforación a esa profundidad, podríamos instalar plantas geotérmicas prácticamente en cualquier parte del planeta, por ejemplo, en los sitios abandonados de centrales eléctricas de carbón que han sido cerradas. Ya tienen las conexiones a la red y muchos equipos de turbinas de vapor, ¿por qué no convertir las espadas climáticas en arados?
Todavía quedan muchos problemas por resolver, uno de ellos es que la geotermia requiere un contacto máximo entre las superficies de las rocas y el fluido que están calentando, y una de las mejores maneras de aumentar enormemente esa área de contacto es fracturar la roca en un proceso notablemente similar. al utilizado en el fracking de petróleo y gas. Fervo Energy ha demostrado acertadamente la gran diferencia que este enfoque puede suponer para una planta geotérmica.
Pero como nadie ha perforado nunca tan lejos, la ciencia no ha podido decir si la roca de allí puede agrietarse y dejar pasar el agua. Las observaciones tomadas cerca de la marca de los 10 km (6,2 millas) han mostrado que la roca comienza a comportarse de manera muy diferente a cómo actúa más cerca de la superficie.
En lugar de ser duro y quebradizo, se vuelve blando, plástico y pegajoso, lo que sugiere que tal vez no sea posible fracturar rocas y hacer correr agua a través de ellas a temperaturas supercríticas.
Al menos, esta era la imagen hasta que un equipo de EPFL dirigido por Gabriel Meyer realizó algunas pruebas de laboratorio utilizando un nuevo aparato triaxial basado en gas, imágenes 3D de sincrotrón de alta resolución y modelado de elementos finitos.
“Cuando te acercas a los 10 kilómetros (6,2 millas), la roca ya no se fractura sino que se deforma uniformemente, como un caramelo blando, y su comportamiento se vuelve complejo”, dijo Meyer. “La deformación se produce a nivel de las estructuras cristalinas del grano. Quería saber si el agua podía circular dentro de la roca que había pasado a esta inusual forma dúctil”.
Lo que hicieron Meyer y su equipo fue reproducir la presión y las condiciones que se encuentran en la corteza terrestre para observar cómo cambia durante lo que se llama la transición frágil a dúctil (BDT). Estas pruebas de laboratorio son particularmente importantes porque es casi imposible realizar tales observaciones en el mundo real. En cambio, el banco de pruebas recreó las condiciones de temperatura y presión en la muestra de roca, que se escaneó con un sincrotrón para crear imágenes en 3D que se introdujeron en una simulación por computadora.
Descubrieron que la piedra actúa menos como masilla que Silly Putty, el popular juguete que actúa tanto como líquido como sólido. Si manejas Silly Putty, puedes moldearlo fácilmente en la forma que quieras y, si lo dejas, fluirá muy lentamente como un líquido. Pero lo inteligente es que puedes tomar esta masilla suave y fluida y si la golpeas con un martillo, se rompe como vidrio.
Según el nuevo estudio de la EPFL, la roca que cubre la zona supercrítica actúa de manera similar. Aunque es dúctil, se puede fracturar para que el agua pueda fluir a través de él. Lo que significa que con alguna tecnología sofisticada de fracking profundo, podría ser factible construir algunas plantas geotérmicas muy serias.
Las tomografías de rayos X de rocas a diferentes temperaturas muestran que es posible fracturarlas con fines geotérmicos mucho más allá de las profundidades necesarias
EPFL
“Los geólogos pensaron durante mucho tiempo que el punto de transición de frágil a dúctil era el límite inferior para la circulación del agua en la corteza terrestre”, dice Meyer. “Pero demostramos que el agua también puede circular en rocas dúctiles. Se trata de un descubrimiento muy prometedor que abre nuevas vías de investigación en nuestro campo”.
El trabajo es particularmente relevante para empresas como Quaise Energy, una startup de la costa este que trabaja para demostrar que se pueden perforar pozos geotérmicos súper profundos que baten récords utilizando tecnología de acelerador de partículas desarrollada para el campo de la energía de fusión, en lugar de brocas que simplemente no funcionan. durará tan abajo una vez que suba la temperatura.
Empresas como Fervo y Sage Geosystems están demostrando que un enfoque de fracking para la energía geotérmica puede extraer mucha más energía que los métodos tradicionales; esta investigación demuestra que el concepto podría hacer lo mismo también para proyectos geotérmicos supercríticos ultraprofundos.
Como se dijo antes, si estas empresas tienen éxito y logran llevar este tipo de central eléctrica al mercado a gran escala, las necesidades energéticas actuales de la humanidad simplemente dejarán de ser un problema. Limpio, con capacidad de respuesta a la red, 24 horas al día, 7 días a la semana, prácticamente ilimitado… En teoría, hay muchos motivos para el optimismo y, si bien aún quedan muchos problemas sin precedentes por resolver, esperamos que haya más avances sobre los que informar pronto.
La investigación fue publicada en Nature Communications.
Fuente: EPFL
