La energía geotérmica se calienta

En las áridas extensiones del desierto de Nevada brilla un tipo inusual de central eléctrica que aprovecha una energía que no proviene del sol o del viento, sino de la Tierra misma.

El sitio, conocido como Proyecto Red, bombea agua a miles de metros de profundidad, donde las rocas están lo suficientemente calientes como para asar un pavo. Las 24 horas del día, la estructura succiona el agua calentada; luego se emplea para alimentar a los generadores. Desde noviembre pasado, esta energía terrestre libre de carbono ha estado fluyendo hacia una red local en Nevada.

La energía geotérmica, aunque está continuamente irradiada desde el núcleo supercaliente de la Tierra, ha sido durante mucho tiempo una fuente de electricidad relativamente de nicho, limitada en gran medida a regiones volcánicas como Islandia, donde el agua termal brota del suelo. Pero los entusiastas de la geotermia han soñado con obtener energía de la Tierra en lugares sin condiciones geológicas tan específicas —como el sitio del Proyecto Red en Nevada, desarrollado por la startup de energía Fervo Energy—.

Estos sistemas geotérmicos de próxima generación han estado en proceso por décadas, pero han resultado ser costosos y tecnológicamente difíciles, y en ocasiones incluso han provocado sismos. Algunos expertos esperan que nuevos esfuerzos como el Proyecto Red puedan, finalmente, marcar un punto de inflexión, al aprovechar técnicas que se perfeccionaron en la extracción de petróleo y gas para mejorar la confiabilidad y la relación costo-eficiencia.

Los avances han generado esperanzas de que, con suficiente tiempo y dinero, la energía geotérmica —que actualmente genera menos del 1 % de la electricidad mundial y el 0,4 % de la electricidad en Estados Unidos— podría convertirse en una fuente de energía principal. Algunos postulan que la geotermia podría ser una herramienta valiosa en la transición del sistema energético a uno que no utilice combustibles fósiles, porque puede proporcionar un respaldo continuo a fuentes de energía intermitentes como la solar y la eólica. “Para mí ha sido la fuente de energía más prometedora durante mucho tiempo”, dice el ingeniero en energía Roland Horne, de la Universidad de Stanford. “Pero ahora que avanzamos hacia una red libre de carbono, la geotermia es muy importante”.

Un comienzo difícil

La energía geotérmica funciona mejor con dos cosas: calor y roca que sea lo suficientemente permeable para transportar agua. En lugares donde la roca fundida chisporrotea cerca de la superficie, el agua se filtrará a través de la roca volcánica porosa, se calentará y burbujeará hacia arriba en forma de agua caliente, vapor o ambos.

Si el agua o el vapor están lo suficientemente calientes —idealmente al menos alrededor de 150 grados Celsius— se pueden extraer del suelo y utilizar para alimentar generadores de electricidad. En Kenia, casi el 50 % de la electricidad generada proviene de la energía geotérmica. Islandia obtiene el 25 % de su electricidad de esta fuente, mientras que Nueva Zelanda obtiene alrededor del 18 % y el estado de California, el 6 %.

Algunos recursos geotérmicos naturales aún están sin explotar, como en el oeste de Estados Unidos, dice la geóloga Ann Robertson-Tait, presidenta de GeothermEx, una división de consultoría en energía geotérmica de la empresa de servicios petroleros SLB. Pero, en general, nos estamos quedando sin recursos geotérmicos naturales de alta calidad, lo que lleva a los expertos a considerar formas de extraer energía geotérmica de áreas donde es mucho más difícil acceder a ella. “Hay mucho calor en la Tierra”, dice Robertson-Tait. Pero, añade, “gran parte está encerrada dentro de una roca que no es permeable”.

Aprovechar ese calor requiere perforar a profundidad y crear grietas en estas rocas densas y no volcánicas para permitir que el agua fluya a través de ellas. Desde 1970, los ingenieros han estado desarrollando “sistemas geotérmicos mejorados” (EGS, en inglés) que hacen precisamente eso, aplicando métodos similares a la fracturación hidráulica —o fracking— utilizada para extraer petróleo y gas de rocas profundas. El agua se bombea a alta presión hacia pozos, incluso a varios kilómetros de profundidad, para abrir grietas en las rocas. La roca agrietada y el agua crean un radiador subterráneo donde el agua se calienta antes de subir a la superficie a través de un segundo pozo. Se han construido docenas de instalaciones de EGS de este tipo en Estados Unidos, Europa, Australia y Japón —la mayoría de ellas experimentales y financiadas por el gobierno— con resultados diversos.

Es famoso el caso de una planta de EGS en Corea del Sur que se cerró abruptamente en 2017 después de haber causado probablemente un terremoto de magnitud 5,5; el fracking de cualquier tipo puede añadir presión a las fallas tectónicas cercanas. Otros problemas fueron tecnológicos —algunas plantas no crearon suficientes fracturas para un buen intercambio de calor, o las fracturas viajaron en la dirección equivocada y no lograron conectar los dos pozos—.

Sin embargo, algunos esfuerzos se convirtieron en plantas de energía viables, incluidos varios sistemas alemanes y franceses construidos entre 1987 y 2012 en el valle del Rin. Allí los ingenieros aprovecharon las fracturas existentes en la roca.

Pero en general, simplemente no ha habido suficiente interés para convertir los EGS en una tecnología más confiable y lucrativa, dice la geofísica Dimitra Teza, del instituto de investigación energética Fraunhofer IEG en Karlsruhe, Alemania, quien ayudó a desarrollar algunos de los sistemas EGS del valle del Rin. “Ha sido bastante difícil para la industria”.

Nuevo impulso

Existen soluciones tanto para problemas tecnológicos como de seguridad. De hecho, hay protocolos sólidos para evitar terremotos, como no perforar cerca de fallas activas. El monitoreo a largo plazo de las plantas de EGS en funcionamiento en Francia y Alemania solo ha registrado pequeños temblores, lo que genera confianza en la seguridad de la tecnología. Sobre todo, la metodología de perforación y fracking ha mejorado a pasos agigantados gracias al auge de la extracción de petróleo y gas a partir de rocas de esquisto que comenzó en la década de 2010. “Desde entonces hemos visto un interés renovado en los EGS como concepto, porque las técnicas que son fundamentales para estos sistemas se perfeccionaron y redujeron significativamente sus costos durante ese tiempo”, dice Wilson Ricks, investigador de sistemas energéticos de la Universidad de Princeton.

En 2015, por ejemplo, el Departamento de Energía de EE.UU. inauguró un sitio de investigación en Utah dedicado al avance de las tecnologías EGS. Varias nuevas empresas norteamericanas, incluidas Sage Geosystems y E2E Energy Solutions, están desarrollando nuevos sistemas EGS en Texas y Canadá, respectivamente. La más avanzada es Fervo Energy, que ha aplicado varias técnicas de la industria del esquisto en su planta de Nevada; la electricidad ahora suministra una red local que incluye centros de almacenamiento de datos que consumen mucha energía y pertenecen a Google. (Google se asoció con Fervo para desarrollar la planta).

Los ingenieros perforaron casi 2.500 metros hacia abajo en la roca de Nevada, alcanzando temperaturas de casi 200 grados Celsius, y luego, en el fondo, perforaron otro pozo horizontal de casi un kilómetro para expandir el área de roca caliente que toca el sistema —una técnica utilizada en extracción de petróleo y de gas para maximizar el rendimiento—. La empresa también fracturó la roca circundante en varios sitios a lo largo del pozo horizontal para crear una red más extensa de grietas por las que pueda filtrarse el agua. Desde el punto de vista tecnológico, en comparación con esfuerzos anteriores de EGS, “son, de hecho, un gran paso adelante”, dice Horne, que forma parte del consejo asesor científico de Fervo.

Queda por ver cómo funcionan estos nuevos sistemas EGS a largo plazo. Una ventaja de sistemas como el de Fervo es que pueden volverse más rentables aprovechando las fluctuaciones de los precios de la energía, de acuerdo con una investigación reciente de Ricks, un colega de Princeton y varios expertos de Fervo Energy. Los operadores podrían tapar los pozos de salida, provocando que el agua se acumule dentro del sistema, generando presión y calor. Luego, la energía podría extraerse en los momentos en que es más valiosa —como durante períodos nublados o sin viento cuando la energía solar o eólica no se genera—.

Aun así, esos sistemas tendrían que ampliarse de manera significativa para que sean comercialmente viables, afirma Ricks. Aunque el Proyecto Red proporcionó suficiente vapor para generar 3,5 megavatios, suficiente para alimentar a más de 2.500 hogares y más que cualquier otra planta de EGS, todavía es relativamente pequeño; una planta nuclear o de carbón puede fácilmente producir 1.000 megavatios, mientras que las grandes plantas solares o geotérmicas tradicionales suelen producir varios cientos de megavatios.

Lo que necesita el campo de EGS en este momento es financiación para construir y probar más sistemas de este tipo para inspirar confianza a los inversores, dice Ricks. “Todo esto debe estar muy bien demostrado, hasta el punto de que el riesgo percibido sea bajo”, afirma.

¿Un punto de inflexión para la geotermia?

Con ese fin, el Departamento de Energía de EE.UU. otorgó recientemente 60 millones de dólares en financiamiento para tres proyectos de demostración de EGS y tecnologías relacionadas como parte de una iniciativa más amplia para acelerar el desarrollo de EGS. Un informe de 2019 del organismo estimó que, con avances en EGS, la energía geotérmica podría representar alrededor de 60 gigavatios (60.000 megavatios) de capacidad instalada en Estados Unidos para 2050, generando el 8,5 % de la electricidad del país —un aumento en más de 20 veces con respecto a la actualidad—.

Incluso un incremento de unos pocos puntos porcentuales podría contribuir a la transición energética mundial, cuyo objetivo es llegar a cero emisiones netas de carbono en 2050. “Si dentro de quince o veinte años la EGS es viable, creo que podría desempeñar un papel muy importante”, afirma Nils Angliviel de La Beaumelle, que recientemente publicó un artículo como coautor sobre las perspectivas mundiales de las energías renovables en el Annual Review of Environment and Resources.

Otras tecnologías geotérmicas también pueden ayudar. Algunas empresas están explorando la viabilidad de la geotermia de “roca supercaliente” —una variante nueva y extrema de la EGS que consiste en perforar aún más la corteza terrestre, hasta una profundidad en la que el agua alcanza un estado de vapor “supercrítico”, que le permite transportar mucha más energía que el vapor o el líquido—. En el sur de Alemania, la empresa energética Eavor está construyendo el primer sistema geotérmico de “circuito cerrado” del mundo: una vez que las tuberías canalizan el agua hacia la roca profunda, el sistema se expande en una red de perforaciones paralelas, sin que el agua penetre en la roca. Es una forma más predecible —aunque menos eficiente— de calentar el agua, porque no incluye incertidumbres relativas a fracturar la roca de la forma adecuada, afirma Teza. “Me entusiasma ver que se invierte en estas tecnologías”, señala. “Creo que solo puede ayudar”.

En términos generales, es un momento importante para la energía geotérmica —y no solo porque proporcione electricidad libre de carbono, afirma Robertson-Tait. Las salmueras geotérmicas extraídas de la Tierra son ricas en litio y otros minerales esenciales que pueden emplearse para construir tecnologías ecológicas como paneles solares y baterías de vehículos eléctricos. Cada vez es mayor la presión por utilizar el calor geotérmico directo para brindar calefacción a edificios, ya sea mediante bombas de calor de poca profundidad para edificios residenciales o mediante sistemas más grandes diseñados para distritos enteros, como los que ya tienen París y Múnich.

Algunas compañías de petróleo y gas, reconociendo que se avecina un cambio, están cada vez más interesadas en construir sistemas geotérmicos de diversos tipos, dice Robertson-Tait. “Nuestra Tierra es geotérmica”, apunta, “y por eso creo que nos debemos a nosotros mismos hacer todo lo posible para utilizarla”.

Artículo traducido por Daniela Hirschfeld