En la búsqueda por desarrollar fuentes de energía para un futuro limpio, la geotermia está emergiendo como una opción prominente. Esto no debería sorprendernos. Durante más de un siglo, el hombre ha estado aprovechando el calor de fuentes termales y géiseres para generar energía. Además, esta fuente renovable presenta diversas ventajas sobre la energía eólica y solar, las líderes actuales en la carrera de las energías renovables.

La geotermia se ha consolidado como una fuente probada y confiable de electricidad de carga base. Esto implica que puede proporcionar una cantidad constante de energía durante todo el día, los 7 días de la semana, funcionando de manera continua. Esta característica la distingue de otras fuentes de energía renovable, como la solar y la eólica, que son intermitentes y dependen de las condiciones climáticas. Desde luego, la geotermia es considerablemente menos contaminante que el gas natural, incluso siendo este último considerado el combustible fósil más limpio. Además, para generar energía, la geotermia requiere una superficie mucho menor que los parques eólicos o solares, según un paper publicado por TechEnergy Ventures.

Estas ventajas ¿conducirán a un aumento de la inversión en energía geotérmica?

Hasta ahora esto no ha sucedido. La geotermia representa apenas el 0,5% de la capacidad eléctrica renovable mundial, con 16 GW instalados en todo el mundo. Eso representa una proporción menor que el 38,4% de la energía hidroeléctrica, el 31,6% de la energía solar, el 24,9% de la energía eólica o el 4,6% de la bioenergía en 2022, según el World Energy Outlook 2023 de la Agencia Internacional de Energías. Incluso si pasamos de hablar de capacidad (GW) a generación (TWh), y teniendo en cuenta el mayor factor de carga de la energía geotérmica en comparación con la eólica y la solar, la geotermia no logra superar el 1% de participación entre las energías renovables.

La geotermia ha estado limitada por varias razones. En primer lugar, es una fuente de energía presente en ubicaciones muy específicas, al igual que el petróleo y el gas. Para generar energía geotérmica, se requieren tres elementos: calor, agua y permeabilidad. Estos recursos suelen encontrarse cerca de volcanes o intrusiones magmáticas, cubiertos por rocas permeables y alimentados por agua meteórica. La búsqueda de estos puntos óptimos implica exploración y perforación. No sólo implica una inversión inicial costosa, sino que el riesgo de fracaso en la mayoría de los casos disuade la exploración.

Pero ¿qué pasaría si el calor subterráneo pudiera desarrollarse fuera de estas anomalías hidrotermales específicas?

Esto aumentaría considerablemente el potencial de la geotermia. Más aún, considerando que se puede acceder al denominado vapor supercrítico a 500 °C en el 70% de la tierra a una profundidad de 10 km bajo tierra, y prácticamente en cualquier parte a 20 km de profundidad, si se superan los actuales desafíos de ingeniería para aprovechar ese calor, la energía geotérmica podría convertirse en el principal impulsor de la transición energética hacia emisiones netas cero de gases de efecto invernadero.

Superando desafíos

Para que la energía geotérmica sea competitiva en prácticamente cualquier lugar, es necesario superar tres desafíos fundamentales. En primer lugar, los pozos deben ser perforados a una profundidad suficiente para alcanzar temperaturas favorables para la generación de energía. En segundo lugar, el calor debe ser extraído eficientemente de las rocas. Por último, este calor debe ser convertido de manera eficiente en electricidad.

La primera pregunta es ¿hasta qué profundidad debemos llegar para capturar el calor necesario para producir energía? Aquí es donde podemos separar la geotermia en dos categorías: Geotermia 2.0 y 3.0.

La geotermia 2.0 se refiere principalmente al uso de tecnologías existentes y mejoradas para expandir el desarrollo geotérmico más allá de las fronteras actuales, perforando pozos a una profundidad de 3 a 5 km para producir vapor a 200-300 °C. Se necesitan innovaciones en tecnología de perforación y sistemas alternativos de recolección de entalpía, como redes de fracturas optimizadas (EGS, por sus siglas en inglés) o sistemas de geotérmicos cerrados (AGS), para ampliar los límites operativos de las herramientas actuales y reducir la dependencia de las condiciones específicas del subsuelo.

El verdadero avance surgirá del desarrollo de técnicas de perforación completamente nuevas que, en última instancia, nos permitirán alcanzar las profundidades necesarias para capturar suficiente calor y producir vapor supercrítico a 500 °C. Este tipo de vapor puede proporcionar entre 4 y 10 veces más entalpía en comparación con el vapor a 200 °C y marca el surgimiento de lo que llamamos Geotermia 3.0. Además, este vapor de altísima energía puede ser utilizado para alimentar las centrales eléctricas de carbón existentes, aprovechando las turbinas de vapor y la infraestructura de interconexión ya existentes para suministrar electricidad. Esto podría lograrse con una inversión menor que la construcción de nuevas instalaciones.

El desafío radica en que a medida que los pozos se vuelven más profundos y las temperaturas aumentan, los costos y riesgos asociados también se incrementan. Es necesario desarrollar nuevos enfoques y tecnologías para atravesar las rocas más abrasivas, proteger los equipos y mantener bajos los costos de desarrollo. Los métodos de perforación tradicionales, que incluyen electrónica, elastómeros y sensores, están limitados a temperaturas de alrededor de 250 °C. Los componentes del BHA de un equipo de perforación aún carecen de la resistencia mecánica y térmica necesaria, lo que ocasiona paradas frecuentes y genera más tiempo dedicado a entrar y salir del pozo cada vez que se produce una avería. Esto incrementa de manera exponencial el tiempo de perforación y los costos asociados.

Un precedente tecnológico

Lo positivo es que algunos de los principales desafíos técnicos son similares a los que enfrentó la industria del gas y petróleo en el desarrollo del shale oil y shale gas principios de este siglo. La industria aprendió a lo largo de los años a hacer esto posible enfocándose en mejorar la eficiencia de la perforación y extender la vida útil de las herramientas. Los trépanos PDC, por ejemplo, ofrecen un rendimiento considerablemente superior en comparación con los trépanos tricónicos. La optimización de la eficiencia en la perforación puede reducir los tiempos de perforación de los pozos en más de la mitad. La fracturación hidráulica ha permitido acceder al recurso atrapado en rocas de baja permeabilidad. A pesar de ello, los métodos actualmente empleados por la industria del petróleo y gas no son completamente adecuados para entornos geotérmicos caracterizados por su abrasividad, altas temperaturas y presiones. Por consiguiente, nuevos avances tecnológicos son fundamentales para abordar los desafíos pendientes.

En TechEnergy Ventures, estamos dedicados a explorar maneras de potenciar y acelerar el crecimiento de la geotermia, invirtiendo y respaldando a empresas que centran sus desarrollos en las tres áreas clave que creemos serán fundamentales para hacer que la energía geotérmica sea competitiva en cualquier parte del mundo.

Perforando a mayor profundidad y temperatura

TechEnergy Ventures ha invertido en Quaise Energy, una nueva empresa originada en el MIT con sede en Massachusetts, EE.UU. Quaise está liderando el desarrollo de una tecnología de perforación basada en un haz electromagnético concentrado, también conocido como ondas milimétricas, con el objetivo de alcanzar profundidades de entre 10 y 20 kilómetros para aprovechar el calor supercrítico de manera competitiva. La tecnología de Quaise genera las ondas milimétricas en la parte superior del pozo, para luego viajar por un tubo o “waveguide” hasta el fondo del pozo, rompiendo, derritiendo y vaporizando la roca a medida que descienden. Esto podría permitir la realización de perforaciones ultraprofundas sin necesidad de reemplazar componentes averiados, lo que a su vez reduciría la frecuencia de los viajes dentro y fuera del pozo, con el consiguiente ahorro de costos.

Recolección eficiente del calor

Es necesario desarrollar técnicas de estimulación mejoradas y específicas que permitan aumentar la permeabilidad en la roca caliente, para fomentar la adopción comercial a gran escala de sistemas geotérmicos optimizados o “EGS”, en formaciones donde la permeabilidad natural no es suficiente para permitir la extracción de energía. Alcanzar caudales más altos y evitar el “short-circuiting” (canales preferenciales por donde circula el fluido sin recibir calor suficiente), son algunos de los puntos claves para una implementación exitosa de los EGS.

Eden GeoPower, una empresa de tecnología con sede en Massachusetts en la que invirtió TechEnergy Ventures, está asumiendo este desafío. Está desarrollando una tecnología de fracturación electrohidráulica para recolectar eficientemente el calor de las formaciones rocosas. La compañía emplea soluciones de hardware y software para identificar fracturas de bajo rendimiento en yacimientos geológicos. Posteriormente, estimula estas fracturas para aumentar la permeabilidad de los fluidos, un proceso que garantiza flujos de fluidos estables y una recuperación máxima de calor. Al mismo tiempo, mitiga el cortocircuito de fluidos que históricamente ha penalizado la productividad de los pozos geotérmicos.

Conversión de calor a energía

El siguiente desafío es convertir eficientemente el calor extraído en energía utilizable. TechEnergy Ventures ha invertido también en Luminescent, una startup israelí que está desarrollando un heat engine de características cuasi isotérmicas para convertir el calor en electricidad con una eficiencia sin precedentes, significativamente superior a la de los equipos tradicionales como el ciclo orgánico de Rankine (ORC, por sus siglas en inglés). Esto tiene un impacto significativo en la viabilidad de los proyectos geotérmicos en el rango de temperaturas bajas y medias.

Existe un gran potencial para lograr cada vez mayores avances. El progreso en tecnologías de perforación, recolección de entalpía y generación de electricidad a partir del calor, está allanando el camino para desbloquear el potencial de la próxima generación de energía geotérmica, de manera más competitiva y acelerada. Esta evolución tiene el potencial de posicionar a la energía geotérmica como una fuente confiable de energía abundante y limpia para el futuro.

Acceda al artículo completo escrito por Ezequiel Urdampilleta, inversor de TechEnergy Ventures aquí.

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