Ajutați de progresele tehnologiei de foraj la mare adâncime, inginerii dezvoltă noi metode de exploatare a surselor nelimitate de căldură și abur ale Terrei. Dar costurile accesării energiei geotermale de adâncime sunt ridicate, iar sprijinul guvernelor este crucial.
În Statele Unite, un râu de apă fierbinte curge la aproximativ 3.000 de metri sub Boise, Idaho. Și din 1983, orașul folosește apa respectivă pentru a încălzi direct locuințele, birourile firmelor și instituțiilor, inclusiv cele patru etaje ale primăriei – în total, aproximativ o treime dintre clădirile orașului. Este cel mai mare sistem de încălzire geotermală din SUA.
Nu a fost necesar un foraj pentru a accesa resursa. Apa cu o temperatură de 80,5˚C se ridică la suprafață printr-o falie geologică, la poalele unui deal din apropierea orașului.
Este ca un vis cu energie regenerabilă. Încălzirea celor 6 milioane de metri pătrați din clădirile încălzite geotermal costă aproximativ 1.000 de dolari pe lună, costurile cu energia electrică pentru pompare. Costul anual total pentru amortizarea, întreținerea, personalul și reparația sistemului de termoficare a orașului este de aproximativ 750.000 USD.
„Încălzim 92 dintre cele mai mari clădiri din orașul Boise”, a spus Jon Gunnarson, coordonatorul proiectului geotermal al orașului. „Sistemele de încălzire ale clădirilor preiau energia termică, și transportă [agentul termic]la un puț de injecție. Folosim, reinjectăm și folosim din nou”.
Sistemul utilizat de districtul Boise reprezintă modul în care se utilizează cel mai adesea energia geotermală – apa caldă naturală este pompată în calorifere sau utilizată pentru a genera electricitate. Este considerat un fenomen local – puține orașe stau pe un râu subteran cu apă fierbinte – și de aceea energia geotermală nu a fost privită ca o parte importantă a domeniului energiei alternative.
Mulți experți consideră că energia geotermală este o componentă esențială a viitorului energiei curate la nivel global
Dar unii experți din întreaga lume consideră că noțiunea este greșită. Mulțumită în special tehnicilor de foraj de mare adâncime și cunoștințelor despre formațiunile subterane dezvoltate de industria petrolului și gazelor în timpul forajelor de fracking, un tip de energie geotermală numită energie geotermală de adâncime poate fi generată în zone cu temperatură ridicată din mantaua pământului, la o adâncime de până la 3-5 km. La diferite adâncimi de până la acest nivel, o mare parte a planetei conține apă extrem de fierbinte sau există roci fierbinți în care apa poate fi injectată și încălzită, o tehnologie cunoscută sub numele de „sistem geotermal avansat”. În ambele cazuri, apa caldă este pompată și utilizată pentru încălzirea directă a clădirilor sau pentru a genera electricitate prin intermediul aburului sau apei calde.
„Oriunde ne-am afla pe suprafața planetei și, cu siguranță, în SUA continentală, dacă forăm suficient de adânc, putem ajunge la temperaturi suficient de ridicate care să permită o utilizare precum în cazul sistemului Boise”, a declarat Jefferson Tester, profesor de sisteme de energie durabilă la Universitatea Cornell și expert în energie geotermală. „Nu se pune problema dacă este [energie] acolo – este și este în cantitate semnificativă. Este doar o problemă de a o extrage din sol în mod economic„.
Chiar dacă energia geotermală abia se impune drept energie alternativă, SUA produc deja 3,7 gigawatti (GW) de electricitate geotermală, suficient pentru a alimenta mai mult de 1 milion de locuințe. Statele Unite sunt cel mai mare producător mondial. Doar în California sunt în funcțiune 43 de centrale geotermale și se construiesc încă două.
Datorită obiectivelor asumate în materie de energie regenerabilă și campaniei Net Zero – un angajament al multor țări de a-și decarboniza economiile până în 2050 – interesul pentru energia geotermală crește rapid. Mulți experți o văd ca pe o componentă esențială a viitorului energiei verzi la nivel mondial, deoarece poate furniza căldură fără emisii de carbon și poate funcționa non-stop, pentru a compensa intermitența energiei solare și eoliene. Islanda, care se află pe o falie geologică activă, a perfecționat tehnologia iar sistemele sale de termoficare geotermală sunt omniprezente. Și China a adoptat trecerea la energia geotermală, dezvoltând în prezent mai multe sisteme de termoficare geotermală decât orice altă națiune.
„Energia geotermală este permanent disponibilă”, a spus Tester. „Poate furniza electricitate sau căldură într-un mod complet gestionabil și este scalabilă în același mod în care sunt alte surse regenerabile”.
Într-un raport recent, Agenția Internațională pentru Energie Regenerabilă (IRENA) a prezis că producția geotermală în Europa ar putea crește de opt ori până în 2050. Și un raport al Departamentului Energiei din SUA (DOE) din 2019 – GeoVision: Harnessing the Heat Under Our Feet – se referă la „enormul potențial neexploatat pentru geotermie”. Depășind barierele tehnice și financiare, se arată în raport, generarea de electricitate prin metode geotermale ar putea crește de 26 de ori până în 2050, oferind 8,5% din energia electrică a Statelor Unite, precum și căldură în mod direct.
„Modelele GeoVision indică oportunitatea instalării a peste 17.500 de sisteme de încălzire directă, precum și a unor sisteme de încălzire și răcire pentru echivalentul a peste 28 de milioane de gospodării care să utilizeze pompe de căldură geotermale până în 2050” , a menționat Susan Hamm, directorul biroului Tehnologii Geotermale al DOE.
Accesul la energia geotermală de adâncime este costisitoare și riscantă. Dar, cu un accent global pe decarbonizarea economiilor, multe țări ar putea oferi strategii de reducere a riscurilor și stimulente financiare, inclusiv beneficii fiscale, subvenționare a costurilor și cercetare tehnică. Departamentul de Energie al SUA, de exemplu, a alocat 150 de milioane de dolari pentru proiectul Frontier Observatory for Research in Geothermal Energy (FORGE) din Utah, ca oportunitate de studiu și testare pentru geotermie avansată.
Geotermia de adâncime „ar fi mai al naibii de aproape de Sfântul Graal pe cât am putea crede”
Experții se așteaptă ca proiectele de energie geotermală să primească un impuls din partea administrației Biden, care – spre deosebire de administrația Trump – și-a asumat un angajament major în reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră din SUA.
Mai multe tipuri de sisteme geotermale sunt implementate din ce în ce mai mult în prezent. Unul dintre acestea, care există de zeci de ani, nu are nicio legătură cu apa fierbinte. Se bazează pe „tehnologia pompei de căldură aer-sol” (ground source heat pump technology – GSHP) și valorifică diferența dintre temperatura aerului și temperatura solului. Iarna, în perioada rece, solul are aproximativ 12˚C și este mai cald decât aerul atmosferic, iar prin conducte subterane este transportat antigel care este apoi pompat într-o încăpere. Căldura acumulată din sol este transferată în interior și determină creșterea temperaturii. Vara, solul rămâne mai rece și același sistem poate oferi aer condiționat. Suedia este lider mondial în domeniul acestei tehnologii și o cincime din casele de acolo utilizează tehnologia GSHP. Cu toate acestea, un obstacol major pentru mulți proprietari este costul investiției, care poate ajunge la zeci de mii de dolari pe locuință.
Un alt tip de sistem geotermal foarte diferit este o buclă închisă situată la mare adâncime în sol. Un astfel de sistem, denumit Eavor Loop, funcționează în Alberta, Canada. Constă într-o singură conductă instalată printr-un foraj care coboară aproximativ 2 kilometri, apoi parcurge în plan orizontal o lungime similară prin formațiuni geologice extrem de fierbinți, iar ulterior se ridică înapoi la suprafață. Conducta este umplută cu un fluid special, formând un fel de radiator natural. Pe măsură ce agentul termic parcurge lungimea conductei, este încălzit de temperaturile ridicate ale solului și apoi se ridică la suprafață.
Datorită caracteristicilor termodinamice – apa fierbinte este mai ușoară decât rece și se ridică – acest sistem nu necesită pompare și funcționează continuu de la sine, un fel de „perpetuum-mobile” producător de energie. O instalație de testare funcționează în Alberta, potrivit Eavor, dar datele nu au fost puse la dispoziția publicului. Un sistem similar este construit de Eavor în Bavaria, Germania.
Michael Liebreich, președinte al consiliului de administrație al Eavor și analist de top în domeniu la BloombergNEF – o firmă de cercetare a energiei curate – a declarat pentru site-ul de știri online Recharge că „ar fi mai al naibii de aproape de Sfântul Graal pe cât am putea crede… dacă s-ar putea realiza la un preț accesibil”.
Jefferson Tester, profesor de sisteme de energie durabilă la Universitatea Cornell, este intrigat de afirmațiile făcute despre conceptul de buclă închisă de adâncime tip Eavor, dar a spus că este dificil de evaluat cât de bine funcționează tehnologia, deoarece datele privind performanța sistemului nu au fost făcute publice. „Cred că va funcționa”, a spus el. „Întrebarea este cât de bine…”.
Tester crede cu putere într-o tehnologie numită „geotermală de adâncime cu buclă deschisă” , cunoscută și sub denumirea de „extracție termică”. Într-un sistem cu buclă deschisă, fluidul este pompat sub presiune ridicată într-un puț forat căptușit pentru a sparge roca fierbinte – în esență un tip de fracking. Apoi, apa este injectată printr-un puț, este încălzită în mod natural de structura geologică și este apoi pompată dintr-un puț de producție. Cele două puțuri se află în aceeași zonă geologică, dar nu sunt conectate.
Tester contribuie la proiectarea și implementarea unui astfel de sistem pentru Universitatea Cornell, forajul preconizându-se să înceapă în această primăvară. Trei sau patru perechi de puțuri vor fi forate la adâncime de până la 5 kilometri și fiecare puț va costa 6 milioane sau 7 milioane de dolari. Întregul sistem – conducte, control și monitorizare seismică – ar putea costa în total aproximativ 100 de milioane de dolari, din surse guvernamentale și private, spune Tester.
Este un preț ridicat, dar Tester spune că, dacă tehnologia se dovedește a fi funcțională, sistemul va furniza toată energia termică necesară pentru campusul de 30.000 de persoane, pentru multe decenii în viitor. Costurile de întreținere a sistemului vor fi neglijabile, spune Tester, și dacă la nivel național se va adopta o taxă pentru carbon, investițiile în sistemele geotermale scumpe ar deveni mai atractive.
În timp ce geotermia de adâncime se află în stadii incipiente în SUA, alte țări au făcut pași mari și a devenit deja o tehnologie verificată. Islanda, o insulă vulcanică, are o multitudine de surse de apă caldă și a implementat atât sisteme geotermale de adâncime, cât și sisteme geotermale de suprafață. Peste 90% din cetățenii țării au case încălzite prin utilizarea sistemelor geotermale de încălzire directă.
Folosind expertiza tehnică a inginerilor islandezi, chinezii au implementat numeroase sisteme geotermale, în parte pentru a elimina poluarea rezultată din arderea cărbunelui. „Într-un deceniu, chinezii au devenit cel mai mare utilizator mondial de termoficare geotermală”, a spus Tester. Este o componentă importantă în tranziția verde a Chinei și renunțarea la combustibilii fosili.
Pentru a deveni o soluție viabilă, energia geotermală trebuie să depășească barierele financiare și tehnice
Sub orașul Paris, acviferul Dogger, folosit pentru prima dată pentru încălzire centralizată în 1969, furnizează acum apă caldă ca agent termic pentru 250.000 de case și se intenționează extinderea sistemului care coboară până la aproape 2 kilometri în subteran pentru a extrage apa fierbinte, o pompează la suprafață, o distribuie în interiorul orașului și o reinjectează în acvifer.
Și Germania se concentrează foarte mult pe energia geotermală. Autoritățile din Munchen, de exemplu, au ca obiectiv conectarea întregului oraș la o rețea de termoficare. O mare centrală geotermală de adâncime este programată să intre în operare în 2021 pentru a furniza rețelei de termoficare agent termic pentru 80.000 de gospodării, adăugându-se altor centrale din Germania care exploatează resursele geotermale. Experții cred că Germania poate trece de la 1,2 terawatti-oră (TWh) de energie geotermală din prezent la 100 TWh până în 2050.
Cu expertiza lor în domeniul forajului de adâncime și cunoștințele despre ceea ce se află la baza forajelor adânci, companiile de petrol și gaze explorează geotermia de adâncime. Inginerii din micul oraș canadian Hinton, Alberta, studiază fezabilitatea transformării unora dintre cele 4.000 de puțuri existente de foraj pentru petrol și gaze în puțuri geotermale. Temperatura de la partea inferioară a unora dintre puțuri atinge 140 de grade Celsius.
Dacă este atât de promițătoare, de ce energia geotermală de adâncime a rămas în urma altor surse de energie curată? Principalul motiv îl reprezintă costurile inițiale ridicate. „Pentru a deveni o soluție națională, tehnologia geotermală trebuie să depășească barierele tehnice și non-tehnice semnificative, pentru a reduce costurile și riscurile” , a scris Susan Hamm, directorul biroului Tehnologii Geotermale al Departamentului de Energie al SUA (DOE), în introducerea raportului GeoVision. „Explorarea subterană inițială, necesară pentru utilizarea energiei geotermale, este cea mai importantă dintre aceste bariere, având în vedere cheltuielile, complexitatea și riscul unor astfel de activități”.
Experții spun că guvernele ar trebui să contribuie la finanțarea proiectelor geotermale și să se implice în atenuarea riscurilor fazei inițiale de explorare subterană. „Trebuie stabilite stimulente suplimentare” , a declarat Francisco La Camera, directorul general al Agenției Internaționale pentru Energie Regenerabilă, pentru thinkgeoenergy.com, un site web din industrie. „Pentru a face energia geotermală mai atractivă, este crucial ca toate riscurile și costurile primei faze să fie luate în considerare de factorii de decizie”.
O potențială problemă, deși rară, este că forajul de adâncime și fracking-ul sunt cunoscute pentru inducerea seismicității și provocarea de cutremure. Exemplul relevant este cel al sistemului geotermic avansat forat în Pohang, Coreea de Sud în anul 2017. Injectarea fluidului la presiune ridicată pentru a fractura roca fierbinte și a elibera căldura a provocat un cutremur cu magnitudinea 5,4 – cel mai puternic din istoria recentă a zonei – care a dus la rănirea a 135 de persoane și a provocat pagube de aproape 300 de milioane de dolari.
„Cu siguranță apare un risc de seismicitate prin ceea ce se face în subteran”, a spus Tester. „Controlul și monitorizarea este ceea ce se face de obicei pentru orice forare subterană. Nu o văd ca fiind cea mai mare provocare cu care se confruntă energia geotermală… Cea mai mare provocare este productivitatea. Siguranța că aceste sisteme conectate între puțurile de injecție și puțurile de producție produc suficient agent termic pentru a justifica investiția economică de forare la acel nivel de adâncime”. Geotermia este destinată să joace un rol important în viitorul energiei curate la nivel mondial, cred mulți experți, dar va trebui să fie cuplată cu alte tehnologii. „Energie eoliană, solară, geotermală și nucleară, de asemenea”, a spus Tester. „Este o strategie de ansamblu”.
Sursa: e360.yale.edu
