¿Son los volcanes la fuente de energía del futuro?

La península de Reykjanes, un dedo de roca negra que sobresale de la dorsal mesoatlántica desde la costa suroeste de Islandia, ha aprovechado durante mucho tiempo su geología volcánica única para convertirla en una oportunidad económica. Sus edificios espectacularmente tallados y sus vastos campos de lava atraen a naturalistas de todo el mundo, mientras que las piscinas geotérmicas calentadas por depósitos de vapor y magma en las profundidades del suelo proporcionan el ancla para una próspera economía turística.

La región incluso está alimentada por esta geología; los 12 pozos geotérmicos que alimentan vapor a 600 grados en las dos turbinas de la central eléctrica de Reykjanes proporcionan 100 megavatios de energía colectiva para el área circundante, suficiente para alimentar muchas decenas de miles de hogares.

Las centrales eléctricas geotérmicas convencionales como la de Reykjanes hacen posible el tipo de economía energética que ha convertido a Islandia en un modelo para el mundo; el país genera prácticamente toda su electricidad a partir de recursos renovables, una cuarta parte solo de la geotermia, lo que convierte a Islandia en el ejemplo perfecto del uso de la energía geotérmica en un mundo dominado por las economías de hidrocarburos.

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Pero la energía geotérmica convencional, basada en tecnología que existe desde la década de 1970, solo puede llevar una economía energética hasta cierto punto. Si un consorcio de investigadores y empresas de energía se sale con la suya, Reykjanes, que alberga cuatro volcanes, pronto podría ser la zona cero de una revolución de la energía geotérmica que podría cambiar la forma en que los países y las economías de todo el mundo ven y utilizan sus recursos geotérmicos.

Si todo va según lo planeado, este año el Proyecto de Perforación Profunda de Islandia (IDDP), una colaboración entre la Autoridad Nacional de Energía de Islandia, un equipo global de científicos académicos; y las empresas de energía HS Energy, National Power Company y Reykjavik Energy (Alcoa y Statoil también han participado) comenzarán a perforar un pozo geotérmico en lo profundo del vasto campo volcánico de la región con la esperanza de liberar energía del vapor sobrecalentado, y tal vez incluso de la roca fundida. mismo, acechando varios miles de pies debajo de la superficie.

En lugar de buscar el agua caliente y el vapor típicos que impulsan los generadores de energía geotérmica convencionales de la península, los ingenieros de este nuevo pozo (llamado IDDP-2) perforarán a una profundidad de 4 km a 5 km (13 000 pies a 16 000 pies) en una intente aprovechar directamente los llamados depósitos de agua "supercríticos", fluidos bajo un calor y una presión tan intensos que existen en un estado que no es ni líquido ni gaseoso. (A modo de comparación, el agua pura se vuelve "supercrítica" a aproximadamente 700 grados Fahrenheit cuando está bajo 221 bares de presión, o 221 veces la presión del aire atmosférico al nivel del mar).

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Eso significa perforar cerca de los mismos depósitos de magma que proporcionan el calor y la presión y descubrir qué hacer con cualquier material sobrecalentado que los ingenieros encuentren allí. Si los investigadores de IDDP-2 pueden dominar las técnicas necesarias para convertir los fluidos supercríticos, o incluso el magma supercaliente en sí mismo, en sistemas de energía geotérmica utilizables, podrían aumentar 10 veces la producción de la instalación geotérmica promedio, alterando la economía de la industria.

Primero, tendrán que jugar con fuego.

Hace cinco años, los ingenieros de IDDP probaron esto por primera vez con la esperanza de cultivar una tecnología de energía exportable para ayudar a avivar la economía decaída de Islandia. Un accidente desencadenó un descubrimiento que han estado persiguiendo desde entonces. Mientras perforaban en IDDP-1 en el interior de un volcán llamado Krafla en el noreste de Islandia, alcanzaron unos 2 km (6500 pies) antes de chocar inesperadamente con el magma que se entrometía en la corteza superior de la Tierra desde abajo, a temperaturas abrasadoras de más de 1600 Fahrenheit. El vapor sobrecalentado estableció un récord mundial. El IDDP había perforado directamente las entrañas de un volcán.

"Descubrimos que habíamos desarrollado el pozo más caliente del mundo", dijo el Dr. Wilfred Elders, profesor emérito de geología en la Universidad de California, Riverside, y codirector científico del IDDP. Landsvirkjun, la compañía eléctrica nacional de Islandia y propietaria del pozo, no tenía idea de qué hacer con el magma sobrecalentado que burbujeaba por la tubería del pozo a temperaturas superiores a los 1.600 grados Fahrenheit. "En ese momento, podríamos haber abandonado el pozo", dijo Elders. "Sabíamos que teníamos esta fuente de calor de muy alta energía, pero no sabíamos cómo lidiar con las temperaturas y presiones".

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En cambio, Landsvirkjun siguió adelante con la construcción del pozo, insertando una carcasa de acero especial en el pozo y dejando una sección perforada en el fondo más cercana al magma. Se permitió que el calor se acumulara lentamente en el pozo y, finalmente, el vapor sobrecalentado fluyó a través del pozo durante los siguientes dos años. Durante ese tiempo, proporcionó más de la mitad de la producción de 60 megavatios de la planta de Krafla. No fue hasta que una válvula falló que Landsvirkjun finalmente se vio obligado a sellar el pozo bombeando agua fría.

Pero el IDDP no ha terminado de perseguir la promesa que ofrecen los llamados sistemas geotérmicos de alta entalpía. Si el pozo IDDP-2 planificado en Reykjanes logra encontrar fluido supercrítico, los investigadores de IDDP esperan desarrollar un cabezal de pozo geotérmico sostenible en el sitio, uno que les proporcione un banco de pruebas para desarrollar materiales y tecnologías adicionales para sistemas geotérmicos de alto rendimiento que podrían desplegarse en cualquier parte del mundo donde se produzcan sistemas geotérmicos volcánicos jóvenes.

Resulta que hay muchos lugares con acceso a recursos geotérmicos sin explotar, muchos de los cuales se están moviendo rápidamente para poner esos recursos en línea. "En todo el mundo, la energía geotérmica está en auge", dijo Benjamin Matek, analista y gerente de proyectos de investigación de la Asociación de Energía Geotérmica, una asociación comercial de la industria con sede en EE. UU. "Si nos fijamos en Indonesia, Filipinas y Kenia, probablemente estén instalando una planta de energía cada dos meses".

Los países situados cerca de zonas volcánicas están instalando nuevos recursos geotérmicos a un ritmo prodigioso. A nivel mundial, el mercado de la energía geotérmica está creciendo entre un 4 y un 5 por ciento cada año, según los datos recopilados por la Asociación de Energía Geotérmica. Unos 700 proyectos geotérmicos están en marcha en 76 países, sin signos de desaceleración.

Pero la energía geotérmica no siempre es económicamente viable. A menudo respaldado por subsidios gubernamentales, el alto costo inicial de perforar y explotar los recursos geotérmicos puede hacer que no sea competitivo con la exploración de petróleo o gas. El pozo exploratorio en IDDP-1, por ejemplo, costó al menos $22 millones. La GEA señala que los costos varían según el alcance de un proyecto, pero el costo promedio de una planta de energía de 20 megavatios es de $30 millones.

También existen otros riesgos, reales y percibidos. En 2006, se pensó que un proyecto geotérmico cerca de Basilea, Suiza, provocó un terremoto de magnitud 3,4 cuando la perforación se cruzó con una línea de falla. La idea de perforar cámaras de magma ha generado temores de que hacerlo podría desencadenar una erupción volcánica (aunque los geólogos tienden a pensar lo contrario). Pero el atractivo de la energía renovable y barata está superando actualmente a la mayoría de las preocupaciones.

Estados Unidos lidera el mayor productor mundial de energía geotérmica, principalmente en estados como Nevada, California, Utah y Oregón. Pero los 3,6 megavatios de energía geotérmica instalada en Estados Unidos son una gota en su cubo de energía más grande, ya que representan menos de la mitad del 1 por ciento del consumo total de energía del país. Lo mismo es cierto para muchos otros países del mundo; aunque los recursos geotérmicos están presentes, una combinación de altos costos iniciales de desarrollo, acceso económico a combustibles fósiles como el gas natural y la producción de energía relativamente baja para los recursos geotérmicos instalados han obstaculizado el desarrollo.

Ahí es donde la perforación IDDP-2 podría marcar la mayor diferencia. Investigadores como Elders de IDDP creen que aprovechar los fluidos supercríticos, o incluso la energía caliente fundida del magma mismo, podría impulsar un cambio radical en la cantidad de energía que los países pueden extraer del suelo, aumentando la producción en un orden de magnitud mientras se hace geotérmica. mucho más atractivo económicamente, no solo como fuente de electricidad sino como producto básico.

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"Creo que si estos proyectos de perforación tienen éxito, puede cambiar el panorama energético en Islandia de manera muy dramática", dijo Elders. "Y podría tener un gran impacto en el suministro de electricidad en el norte de Europa". Islandia ya tiene toda la energía limpia que necesita, explicó Elders. Pero los ingenieros de Landsvirkjun han explorado durante mucho tiempo la idea de tender un cable de transmisión submarino desde Islandia a Escocia o incluso a Escandinavia, para transportar energía desde los campos geotérmicos de Islandia a las redes en Europa, convirtiendo a Islandia en un exportador de energía geotérmica.

Si bien Islandia y el IDDP están por delante del resto del mundo en lo que respecta a la "investigación geotérmica de alta entalpía", su acceso a los recursos geotérmicos no es único. África oriental está llena de oportunidades geotérmicas. En Europa, Italia tiene un gran potencial geotérmico. Los países que bordean el Pacífico, desde Nueva Zelanda hasta Indonesia y Filipinas hasta Japón, poseen amplios recursos geotérmicos cerca de la superficie.

En los EE. UU., se sabe que los sitios geológicamente activos en el noroeste del Pacífico y el oeste de los EE. UU. (lugares como Salton Sea cerca de Los Ángeles y San Diego, o Geysers Field en el norte de California) contienen recursos de calor que superan los 660 grados Fahrenheit en unos pocos mil metros de la superficie. Los generadores geotérmicos capaces de manejar fluidos supercríticos, o incluso el magma mismo, podrían producir mucha más energía por pozo, haciéndolo mucho más atractivo para las empresas de servicios públicos y los gobiernos. La tecnología y el caso de negocios no están tan lejos.

Pero ¿por qué detenerse allí? En octubre, Elders presentó una charla ante la Sociedad Geológica de América sobre la enorme frontera de energía geotérmica que se encuentra frente a las costas del estado de Washington y la Columbia Británica, donde se extiende una dorsal tectónica frente a la costa. "La cantidad de calor en la Dorsal Juan de Fuca dentro de los 1.000 ma 2.000 m del lecho marino es enorme", dijo. "Si solo el 1 o 2 por ciento pudiera convertirse en electricidad, sería enorme". Los gigavatios potenciales totales que fluyen a través de la cordillera podrían alimentar a todo Estados Unidos muchas, muchas veces, dijo.

Pero aunque es tentador pensar en ello, la noción de perforar en alta mar en busca de recursos geotérmicos solo existe en el papel, dijo Elders. Es una idea, algo en lo que vale la pena pensar y tal vez estudiar en el futuro a medida que la tecnología y la economía lo permitan. Pero la idea de pozos supercríticos en tierra es muy real en este momento. El IDDP ya construyó uno brevemente en Krafla. Y en IDDP-2, es de esperar que los investigadores se acerquen mucho más a llevar al mercado tecnologías de energía geotérmica supercrítica de alto rendimiento y próxima generación.

El nuevo pozo eventualmente podría romperse como lo hizo IDDP-1. Podría sufrir un fallo crítico al principio. Podría fallar en encontrar fluido supercrítico en absoluto. Pero Elders confía en que, en algún momento del futuro previsible, el IDDP descubrirá cómo aprovechar esta energía de alta temperatura y convertirla en energía utilizable.

"Dentro de la próxima década, tendremos varios pozos supercríticos en tierra, y creo que eso atraería la atención de la industria para desarrollar más pozos en tierra y luego tal vez pasar al océano, donde se produce la mayor parte del flujo de calor. a lo largo de estas dorsales oceánicas", dijo Elders. Existen vastos recursos geotérmicos, y una vez que se presenta el caso comercial, no se sabe adónde irá la industria con la tecnología geotérmica supercrítica. Pero Elders confía en dónde comenzará. "La prueba de concepto vendrá en Islandia".