Por Neel Dhanesha en VOX

Estados Unidos está gastando millones para explorar una sorprendente fuente de poder sin explotar.

Esta historia es parte de la serie Recode by Vox’s Tech Support , que explora soluciones para nuestro mundo en calentamiento.

En caso de que te lo hayas perdido, nuestro planeta está en problemas. El informe climático de la ONU de principios de abril deja en claro que estamos en un camino que superará los objetivos climáticos establecidos en el Acuerdo de París, y necesitamos reducir las emisiones de carbono, rápido. Pero si bien la energía solar y eólica son importantes (después de todo, son partes clave del plan climático de la administración Biden ), son el tipo de cosas que hemos visto mucho antes, lo que significa que solo nos llevarán hasta cierto punto. Lo que necesitamos, dice el informe de la ONU, son nuevas soluciones. 

Es por eso que un programa piloto detallado recientemente por el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) es particularmente intrigante. Si funciona, podría ayudar a resolver múltiples problemas a la vez, utilizando una solución que a menudo se pasa por alto: la energía geotérmica.

La energía geotérmica funciona con una premisa simple: el núcleo de la Tierra está caliente, y al perforar incluso unas pocas millas bajo tierra, podemos aprovechar esa fuente de calor prácticamente ilimitada para generar energía para nuestros hogares y negocios sin crear tantos gases de efecto invernadero como emisiones que provienen de la quema de combustibles fósiles. 

Sin embargo, la perforación no es barata (representa la mitad del costo de la mayoría de los proyectos de energía geotérmica) y requiere mano de obra especializada para mapear el subsuelo, perforar el suelo e instalar la infraestructura necesaria para llevar la energía a la superficie.

Pero EE. UU., tras el auge del petróleo y el gas, tiene millones de pozos de petróleo y gas abandonados en todo el país. Y resulta que los pozos de petróleo y gas comparten muchas de las mismas características que los pozos geotérmicos, a saber, que son agujeros profundos en el suelo, con tuberías que pueden llevar fluidos a la superficie. 

Entonces, el DOE pregunta, ¿por qué no reutilizarlos?

Lo viejo es nuevo otra vez

Eso es exactamente lo que pretende hacer el programa piloto de la agencia, llamado Wells of Opportunity: ReAmplify , que otorga un total de $8.4 millones a cuatro proyectos en todo el país, cada uno de los cuales intentará aprovechar algunos de esos viejos pozos para extraer energía geotérmica en lugar de gas. o aceite. 

Si funcionan, podrían ser la clave no solo para reducir el uso de combustibles fósiles que dañan el planeta en el país, sino también para ayudar a responder la pregunta de cómo hacer la transición de muchas de las más de 125,000 personas que trabajan en la extracción de petróleo y gas en todo el país en trabajos de energía limpia.

“La idea aquí es básicamente que se producen recursos de petróleo y gas durante un par de décadas y, al final de la producción de petróleo y gas, no se retiran por completo los activos, sino que se destinan a la producción de calor”, dijo Saeed . Salehi , profesor asociado de ingeniería petrolera en la Universidad de Oklahoma y líder de uno de los cuatro grupos que reciben fondos del DOE. 

Los pozos de petróleo y gas tienen una vida útil limitada de unas pocas décadas, explicó Salehi, después de lo cual se agotan. La energía geotérmica, si se gestiona correctamente, no tiene ese problema. “La belleza es que esta es una fuente constante de energía que no va a cambiar. Probablemente estará [allí] para siempre, siempre y cuando su pozo esté funcionando”, dijo Salehi a Recode.

Salehi y su equipo de la Universidad de Oklahoma quieren usar cuatro pozos propiedad de Blue Cedar Energy, una compañía local, para un concepto llamado «uso directo»: usar agua caliente para calentar edificios cercanos. El agua puede extraerse de depósitos subterráneos existentes o, como está haciendo el equipo de la Universidad de Oklahoma, bombearse al suelo y llevarse de vuelta a la superficie. 

Salehi y su equipo esperan que el agua que bombean en los pozos se caliente a temperaturas de alrededor de 150 grados Fahrenheit, después de lo cual se puede usar para calentar y enfriar una escuela primaria y secundaria ubicada a una milla de distancia de los pozos, en el pueblo de Tutle.

“Existe una gran oportunidad de usar estos pozos para calentar y enfriar nuestras comunidades”, dijo Lauren Boyd, gerente del programa Sistemas Geotérmicos Mejorados en la Oficina de Tecnologías Geotérmicas del DOE, que supervisa las subvenciones de Wells of Opportunity. 

Más de la mitad de la energía utilizada por los hogares estadounidenses, de la cual solo el 7 por ciento provino de fuentes renovables a partir de 2020, se destina a calefacción y refrigeración. 

Usar los millones de pozos abandonados repartidos por todo el país para cambiar la fuente de calefacción y refrigeración a energía geotérmica podría conducir a una disminución de las emisiones de gases de efecto invernadero.

Salehi y su equipo se centran en la calefacción y la refrigeración porque la conversión de energía de una forma a otra a menudo conduce a que se pierda algo de energía en el proceso. 

Dependiendo de la temperatura del agua subterránea, «probablemente solo alrededor del 10 por ciento de la energía que se extrae del suelo volverá como electricidad», dijo Jefferson Tester , profesor de sistemas de energía sostenible en la Universidad de Cornell. “Pero si lo hace con calor, puede obtener más del 90 por ciento fácilmente”.

Ese calor no solo sería útil en el invierno: en el verano, el agua de un pozo geotérmico podría usarse para impulsar una máquina llamada bomba de calor de absorción para enfriar edificios, esencialmente extrayendo el calor del edificio y poniéndolo en el agua. Esa agua se puede bombear a depósitos subterráneos, que almacenarán el calor extraído para el próximo invierno.

Para que se considere exitoso, el proyecto de la Universidad de Oklahoma tiene que producir al menos un megavatio de energía en un año, lo que es aproximadamente suficiente para alimentar unos cientos de hogares . Salehi confía en que superarán fácilmente esa meta. 

“Nuestra intención es que estos cuatro pozos se utilicen al menos para la escuela primaria y secundaria”, dijo Salehi, “pero según las simulaciones y el trabajo computacional que hemos realizado, será suficiente para tres escuelas”.

¿Puede la geotermia recorrer la distancia?

Algunos países europeos ya dependen del uso directo de la energía geotérmica a gran escala; Islandia, que es famosa por su actividad volcánica (¿recuerdan a Eyjafjallajökull, que cerró los viajes aéreos europeos durante unos días en 2010?), utiliza sus vastas reservas de energía geotérmica para calentar el 90 por ciento de sus hogares. 

Pero hay algunos inconvenientes en el uso directo. El calor se pierde rápidamente en el tránsito a menos que las tuberías estén bien aisladas, explicó Patrick Fulton, profesor asistente de ciencias terrestres y atmosféricas en Cornell, por lo que los pozos geotérmicos que se extraen para uso directo deben estar cerca de los edificios a los que van a dar servicio, generalmente dentro de unas pocas millas

Esa limitación de distancia es la razón por la que los otros tres proyectos que reciben fondos del premio DOE de este año se centran en convertir la energía geotérmica en electricidad, que puede viajar mucho más lejos que el calor. 

Si bien los pozos ubicados cerca de pueblos y ciudades pueden usarse mejor para suministrar calor a través del uso directo, los pozos en áreas remotas pueden ser más adecuados para generar electricidad.

Tomemos como ejemplo a Transitional Energy, una empresa con sede en Colorado que recibió fondos del DOE para establecer una instalación de generación de electricidad en el campo petrolero de Blackburn en Nevada. A diferencia de los otros proyectos, Transitional establecerá sus operaciones en un campo petrolero que todavía está en funcionamiento, aunque en pozos que han estado en uso durante décadas y producen muy poco petróleo. 

La mayor parte de lo que producen, explicó Johanna Ostrum, directora de operaciones de energía de transición, son aguas residuales extremadamente calientes, que son un subproducto natural de todas las operaciones de petróleo y gas. “Simplemente están ciclando un montón de agua a través del sistema, tratando de eliminar cantidades insignificantes de petróleo”, dijo Ostrum a Recode.

Una vez que han separado el petróleo y el gas, los operadores de pozos gastan sumas considerables en enfriar y eliminar todas esas aguas residuales, y a menudo hay 10 veces más de esa agua que el petróleo extraído, explicó Ostrum. 

En lugar de dejar que el agua, y su calor, se desperdicien, Transitional Energy planea instalar máquinas llamadas Motores de Ciclo Orgánico Rankine en el campo petrolero que convertirán ese calor en electricidad.

Los motores orgánicos de ciclo Rankine, que son del tamaño de una cámara frigorífica, funcionan haciendo pasar agua caliente a través de un intercambiador de calor para calentar un refrigerante, que luego hace girar una turbina que genera electricidad. 

El agua se enfría a medida que transfiere su calor al refrigerante, continuando por el camino que normalmente tomaría fuera del generador y hacia un pozo de eliminación; el refrigerante se enfría cuando sale de la turbina y pasa por un enfriador de aire, por lo que puede reutilizarse mientras el agua sigue pasando por el motor. 

En el yacimiento petrolífero de Blackburn, donde Transitional Energy está llevando a cabo su prueba, el agua ingresará al mismo depósito del que provino, creando esencialmente un ciclo continuo de energía geotérmica. “Tomas la misma molécula de agua y sigue dando vueltas y vueltas, usando la Tierra como radiador”, dijo Ostrum.

Al igual que el proyecto de la Universidad de Oklahoma, Transitional Energy tiene el objetivo de generar al menos un megavatio en un año, un objetivo que Ostrum espera alcanzar utilizando el agua de tres a cinco pozos. Para empezar, la electricidad generada se utilizará para proporcionar energía a un cargador de vehículos eléctricos y operaciones en el campo petrolero, que generalmente depende de los servicios públicos locales o generadores diésel para alimentar la maquinaria. 

Es una perspectiva atractiva para los operadores de los campos de petróleo y gas, dijo Ostrum; lo ven como una forma de aprovechar un recurso de calor que, de lo contrario, se desperdicia.

A corto plazo, los costos operativos para los productores de petróleo podrían disminuir, ya que no tendrán que depender de una empresa de servicios públicos para impulsar sus operaciones, y el cambio a la energía geotérmica reduciría las emisiones involucradas en el simple bombeo de petróleo y gas de la tierra. 

Con el tiempo, dijo Ostrum, el objetivo sería que Transitional Energy simplemente se hiciera cargo de los pozos que ya no producen suficiente petróleo y gas para ser económicamente viables y convertirlos por completo en operaciones geotérmicas.

Un futuro geotérmico

Ostrum está especialmente emocionada por las implicaciones más amplias de su proyecto. Por un lado, Transitional Energy planea conectar cargadores de vehículos eléctricos (EV) a sus motores de ciclo Rankine. 

Si se amplía, eso podría ayudar a expandir la carga de EV rural, que actualmente es muy limitada: según el Environmental and Energy Study Institute, la mayoría de las áreas rurales y los pueblos pequeños no tienen cargadores EV en absoluto . Sin embargo, lo que es más importante, Ostrum cree que la energía geotérmica podría crear una nueva carrera profesional para los trabajadores del petróleo y el gas a medida que el mundo pasa de los combustibles fósiles a la energía limpia.

“Mucha gente que conozco trabaja en petróleo y gas, y cuando miramos un futuro descarbonizado, no habrá trabajo para esa gente”, dijo Ostrum, quien pasó 15 años trabajando en la industria del petróleo y el gas antes. perder su trabajo durante la pandemia. “Creo que la geotermia es un gran lugar para que aterricen. 

Los trabajadores del petróleo y el gas saben cómo producir fluidos de manera segura, eficiente y económica. Sucede que se centran en la parte de petróleo y gas; Estoy concentrado en la parte del agua”.

Brett Dawkins, cofundador de Blue Cedar Energy, propietaria de los arrendamientos de los pozos que se utilizarán en el proyecto de la Universidad de Oklahoma en Tuttle, está de acuerdo. “Toda la experiencia que tendría como ingeniero petrolero o geólogo se transferirá al mundo geotérmico”, dijo Dawkins.

Dawkins no está seguro de cuánta mano de obra se necesitaría para hacer la transición de los pozos de petróleo abandonados de Blue Cedar Energy a la energía geotérmica. Ostrum, por otro lado, confía en que los trabajadores de los pozos de petróleo y gas encontrarán nuevos trabajos extrayendo energía geotérmica. 

“Para mantener los pozos bombeando u operando, necesitaremos la misma mano de obra que se usa todos los días para hacer funcionar los pozos de petróleo”, escribió Ostrum en un correo electrónico. “Se necesita la misma cantidad de mano de obra para operar un pozo de petróleo y gas que para operar un pozo geotérmico”.

La posibilidad de generar una cantidad significativa de energía a partir de estos pozos abandonados es emocionante. Sin embargo, todavía es una idea incipiente, por lo que explorar su potencial llevará tiempo. En primer lugar, los proyectos deben demostrar su viabilidad; el próximo año se dedicará a la planificación y evaluación de la viabilidad de convertir los pozos de petróleo en recursos geotérmicos, después de lo cual la generación de energía aumentará lentamente. 

La pregunta más importante es cuán escalables son estas ideas: después de todo, un megavatio es una miseria en comparación con las necesidades energéticas del país.

También hay obstáculos legislativos que sortear. “Una de las barreras en las que he estado trabajando es la obtención de permisos”, dijo Boyd del DOE, quien está trabajando con el Laboratorio Nacional de Energía Renovable en un marco para la transición de un arrendamiento de petróleo y gas a un arrendamiento geotérmico. 

“En este momento, no es sencillo”, dijo Boyd a Recode. “Hay algunos estados que ni siquiera tienen regulaciones geotérmicas”.

Tampoco está claro qué tan ampliamente se pueden aplicar esos conceptos en todo el país. No todos los pozos de petróleo y gas abandonados serán viables para su reutilización en energía geotérmica, dijo Boyd. 

La infraestructura en algunos pozos abandonados puede estar demasiado degradada para usarla para energía geotérmica sin una inversión significativa en modernizaciones, por ejemplo, o las temperaturas subterráneas en algunos pozos pueden no ser lo suficientemente altas para usarla para energía geotérmica. 

Luego está la cuestión de la distancia: conectar pozos remotos a la red podría resultar demasiado engorroso, o es posible que no haya suficientes pozos ubicados lo suficientemente cerca de las comunidades para configurarlos para uso directo.

Incluso si todo lo demás encaja en su lugar, el escollo final, al menos para el equipo de Salehi, podría venir en forma de hogares y negocios que simplemente no están configurados para usar energía geotérmica para uso directo. 

Si bien la experiencia del usuario final para alguien con una conexión de uso directo es la misma que para alguien con un sistema HVAC tradicional (esencialmente, aire caliente o frío que sopla a través de las rejillas de ventilación de las habitaciones), convertir el calor geotérmico en ese aire caliente o frío requiere la instalación de calefacción. bombas o intercambiadores de calor, cuyo costo podría resultar prohibitivo.

Aún así, incluso con todas las advertencias, los proyectos ReAmplify son muy prometedores para una energía más limpia y una transición de energía limpia más equitativa; el objetivo del piloto, después de todo, es ser un campo de pruebas. 

Pero si funcionan, dijo Tester de Cornell, es importante no pensar en la energía geotérmica como una bala mágica. “No es solo una solución única, la geotermia puede hacerlo todo”, dijo Tester a Recode. “No creo que debamos decir eso como profesión, y tampoco debería ser solar o eólica”.

En cambio, dijo Tester, los estadounidenses deben comenzar a pensar en nuestras necesidades energéticas como sistemas interconectados con múltiples partes para la solución. En lugar de depender de una fuente de energía para todo, deberíamos usar energía solar y eólica para alimentar nuestros electrodomésticos y vehículos eléctricos, por ejemplo, mientras confiamos en la energía geotérmica para calentar y enfriar muchos de nuestros hogares.

Eso requerirá un cambio en la forma en que pensamos sobre nuestras fuentes de energía, dijo Tester. En la mayor parte del país, el petróleo y el gas extraídos de un pozo pueden usarse para calentar y enfriar hogares, hacer funcionar electrodomésticos y alimentar nuestros automóviles; para un futuro descarbonizado, eso tendrá que cambiar.

 “No creo que hayamos llegado al estado de pensar en estas cosas como sistemas”, dijo Tester. “Creo que eso es lo que tenemos que tejer en la mentalidad estadounidense. Creo que va a ser un juego para todos lograr que todas las energías renovables trabajen juntas”.