sursa foto: Michael Held/Unsplash
Afacerile cu energie nucleară ale giganților tehnologici Amazon, Microsoft și Google au stârnit atenția mass-media din întreaga lume în ultimele câteva luni. Dar mai multe companii, inclusiv Meta și Google, investesc, de asemenea, într-o altă sursă de energie cu emisii reduse de carbon – energia geotermală de nouă generație, scrie Nature.
Acordurile arată că această tehnologie se află „în pragul” unui succes comercial pe scară largă, spune Lauren Boyd, geolog care conduce Biroul pentru tehnologii geotermale din cadrul Departamentului american al Energiei (DoE) din Washington, DC.
La 17 octombrie, Fervo Energy, o întreprindere nou înființată cu sediul în Houston, Texas, a primit un impuls major, guvernul SUA dând undă verde extinderii unei centrale geotermale pe care Fervo o construiește în Beaver County, Utah.Proiectul ar putea genera în cele din urmă până la 2 000 de megawați – o capacitate comparabilă cu cea a două reactoare nucleare mari. Deși atingerea acestui obiectiv ar putea dura ceva timp, centrala are deja o capacitate de 400 MW în curs de dezvoltare și va fi pregătită să furnizeze energie 24 de ore din 24 centrelor de date ale Google, mari consumatoare de energie, și altor clienți, până în 2028. În august, un alt start-up, Sage Geosystems, a anunțat un parteneriat cu Meta, societatea-mamă a Facebook, pentru a furniza până la 150 MW de energie geotermală centrelor de date ale Meta până în 2027.
Sage, Fervo și alte companii din întreaga lume se întrec în a exploata căldura care curge constant din adâncurile Pământului. Spre deosebire de energia geotermală convențională, care există de mai bine de un secol, aceste proiecte nu se bazează pe izvoarele termale naturale, ci își creează propriile izvoare.
Procesul implică forarea unei găuri de până la câțiva kilometri adâncime, unde rocile se află la o temperatură de aproximativ 200 °C, și injectarea de apă și nisip la presiune ridicată. Acest lucru produce fracturi în roci, crescând permeabilitatea acestora și creând un rezervor de apă încălzită care poate fi extrasă continuu printr-o a doua gaură. Apa caldă sub presiune este apoi utilizată pentru a produce energie electrică.
Această abordare – cunoscută sub denumirea de sisteme geotermale îmbunătățite (EGS) – a fost încercată încă din anii 70, însă majoritatea proiectelor nu au reușit să extragă cantități notabile de energie.
Îmbunătățirile din ultimul deceniu au provenit din adoptarea tehnicilor utilizate în industria de petrol și gaze, inclusiv metode mai bune de fracturare a rocilor și de foraj orizontal. Cercetătorii au trebuit să adapteze aceste metode la forarea în rocă la temperaturi ridicate sau să găsească propriile soluții. Boyd a fost direct implicată în Utah FORGE, un proiect DoE de promovare a tehnologiei EGS, despre care spune că a introdus o serie de inovații care au redus aproape la jumătate costurile de foraj.
Forajul orizontal, în special, a fost esențial pentru succesul EGS, spune Joseph Moore, geolog la Universitatea Utah din Salt Lake City, deoarece fisurile create prin fracturare „tind să meargă pe verticală”. O forare orizontală va traversa numeroase fracturi și va injecta apă într-un volum mare de rocă sau o va extrage din aceasta, spune Moore, care conduce Utah FORGE.
Deși Utah FORGE a depășit limitele EGS și a dezvoltat tehnici de forare în roci mai adânci și mai fierbinți decât era posibil până acum, centrala Fervo din Utah, aflată în apropiere, și două proiecte pilot anterioare au demonstrat că conceptul EGS poate funcționa folosind instrumente disponibile pe piață, spune geologul senior al Fervo, Emma McConville, care își are sediul în Reno, Nevada: „Putem livra cantități masive de energie geotermală pe piață la viteze extrem de mari”, spune ea.
Directorii companiilor geotermale de ultimă generație spun că vasta forță de muncă formată din persoane cu experiență în forarea pentru petrol și gaze este o resursă ușor accesibilă care ar trebui să le ajute afacerile să se dezvolte rapid. Există, de asemenea, o suprapunere substanțială cu industria de petrol și gaze în ceea ce privește echipamentele: derrickerele înalte de 30 de metri pentru forarea puțurilor sunt aceleași care ar fi folosite pentru extragerea hidrocarburilor, spune McConville. „Faptul că le pot menține în funcțiune – dar lucrând pentru o energie fără emisii de carbon – este una dintre părțile mele preferate din această industrie.”
Dezvoltarea EGS a fost frânată parțial din cauza faptului că procesele de fracturare hidraulică (fracking) implicate pot provoca activitate seismică. Unele proiecte, inclusiv unul în Basel, Elveția, și altul în Pohang, Coreea de Sud, au trebuit să fie închise deoarece fracturarea a fost asociată cu o activitate seismică considerabilă.
Utah FORGE, Fervo și alte companii urmează directivele Departamentului de Energie pentru a limita seismicitatea indusă și își monitorizează în permanență amplasamentele cu ajutorul seismografelor. „Dacă depășim un anumit prag, ne oprim”, spune McConville. Deși fracturarea produce cutremure, acestea au avut de obicei o magnitudine mai mică de 2, adaugă ea. „Dacă suntem atenți și nu forăm în falii care ar putea aluneca, nu ar trebui să avem evenimente pe care să le putem simți”, spune Moore.
O altă companie a adoptat o abordare și mai lipsită de riscuri. Eavor, cu sediul în Calgary, Canada, își numește tehnologia geotermală „avansată”, mai degrabă decât „îmbunătățită”, și renunță complet la fracturare. În schimb, compania a dezvoltat un sistem sofisticat de ghidare magnetică, în care capetele de foraj din cele două foraje se ghidează reciproc și formează bucle închise în subteran. „Nu există GPS atunci când ești la patru kilometri și jumătate sub pământ”, spune Matt Toews, directorul tehnologic al companiei.
Într-un proiect Eavor, fiecare foraj se ramifică într-o rețea de conducte paralele, orizontale, care se reconectează apoi la celălalt foraj. Acest lucru înseamnă, de asemenea, că apa nu intră niciodată în contact direct cu roca, ci trebuie să absoarbă căldura prin învelișurile conductelor. „Avantajul este că nu trebuie să fracturăm”, spune Carsten Reinhold, geolog șef la filiala germană a Eavor din Düsseldorf.
Eavor construiește prima sa centrală geotermală comercială în apropiere de Geretsried, Germania, care ar trebui să înceapă să exploateze anul viitor apa de 160 °C de la o adâncime de 4 500 m. Centrala va asigura în principal încălzirea clădirilor din orașul din apropiere, dar va genera și aproximativ 8 MW de energie electrică.
Forarea la kilometri adâncime este o activitate foarte costisitoare, iar realizarea fiecărui foraj poate costa milioane de euro. Deși se preconizează o scădere a costurilor, se estimează că energia geotermală de nouă generație va fi în continuare mai scumpă decât multe alte forme de energie. Dar, deoarece poate fi disponibilă în orice moment, aceasta ar putea completa resursele cu emisii reduse de carbon care sunt în mod inerent variabile, cum ar fi energia solară și eoliană. „Ocupă o nișă în care nu există prea multe opțiuni”, spune Wilson Ricks, cercetător în domeniul sistemelor energetice la Universitatea Princeton din New Jersey. Principalii săi concurenți ar fi atunci alte surse de energie costisitoare, precum energia nucleară, biomasa și hidrogenul.
Dacă energia geotermală va fi sau nu o soluție economică va depinde, în mare parte, și de geografie. În general, cu cât forăm mai adânc, cu atât roca este mai fierbinte, însă capriciile geologiei înseamnă că adâncimea la care rocile ating temperaturi suficient de ridicate pentru a permite producerea de energie electrică – aproximativ 200 °C – variază foarte mult în lume. Temperaturile ridicate tind să se găsească cel mai aproape de suprafață, în regiunile cu vulcanism activ sau acolo unde scoarța continentală este mai subțire decât media. Un studiu realizat de DoE, de exemplu, arată că partea de vest a Statelor Unite are un potențial mult mai mare decât partea de est pentru extragerea acestei energii cu profit.
Într-un studiu publicat la începutul acestui an în Nature Energy1, Ricks și colaboratorii săi, inclusiv co-fondatorul Fervo, Jack Norbeck, au simulat piețele energetice din SUA. Ricks spune că au descoperit că energia geotermală ar putea fi mai ieftină decât energia nucleară în cea mai mare parte din vestul Statelor Unite. Însă o ipoteză crucială în cadrul studiului a fost aceea că centralele își pot mări și micșora producția de electricitate ca răspuns la variațiile cererii. Un test important pentru viitoarele instalații va fi dacă acest lucru se poate face fără a provoca o uzură excesivă.
