Acercarse al núcleo de la Tierra, tan caliente como el Sol, es clave para ampliar las centrales de energía geotérmica. Pero excavar kilómetros en el suelo es más difícil de lo que parece.
La enorme energía geotérmica encerrada bajo la superficie de la Tierra hace babear a los científicos, porque tiene el potencial de suministrar energía limpia a todo el mundo. Para aprovechar esta energía natural, los ingenieros deben idear una nueva estrategia de perforación a decenas de kilómetros de la Tierra, en las profundidades de la roca. Una empresa derivada del MIT cree tener la respuesta: la perforación por ondas milimétricas.
«El contenido energético total del calor almacenado en el subsuelo multiplica por mil millones nuestra demanda anual de energía como planeta», afirma Matt Houde, cofundador de Quaise Energy, en un comunicado de prensa. «Así que aprovechar una fracción de eso es más que suficiente para satisfacer nuestras necesidades energéticas en un futuro previsible».
El problema es la extracción.
Gracias a las investigaciones de Paul Woskov, del Centro de Ciencia del Plasma y Fusión del MIT, Quaise Energy cree que puede vaporizar roca suficiente para crear los agujeros más profundos del mundo y cosechar energía geotérmica a escala para satisfacer el consumo humano de energía sin necesidad de combustibles fósiles.
¿Qué es la energía geotérmica?
En pocas palabras, la energía geotérmica es el calor contenido en las profundidades de la Tierra. Según la U.S. Energy Information Administration, ese calor es el resultado de la lenta descomposición de partículas radiactivas como el uranio, el torio y el potasio en el núcleo de la Tierra. Aquí puede hacer bastante calor, como en la superficie del sol a 10.800 grados Fahrenheit.
Para aprovechar esta energía geotérmica, países como Islandia la convierten en electricidad mediante vapor. Al calentarse el agua en los yacimientos geotérmicos o acuíferos de la corteza terrestre, se crea vapor, que hace girar unas turbinas que activan un generador y, en última instancia, escupe electricidad. Cuando el vapor vuelve a convertirse en agua, se devuelve a la tierra para que el ciclo se repita.
Aunque se trata de una forma casi ilimitada de producción de energía sostenible, actualmente está infrautilizada. Según la Agencia Internacional de la Energía, la generación de electricidad geotérmica sólo creció un 2% en 2020, con 200 megavatios más de capacidad, lo que supone un notable descenso respecto al crecimiento registrado en los cinco años anteriores. Una central de carbón típica tiene unos 600 megavatios de capacidad, según la Union of Concerned Scientists.
Para alcanzar las emisiones netas cero en 2030, la producción mundial de energía geotérmica debe aumentar un 13% cada año entre 2021 y 2030, es decir, unos 3,6 gigavatios de capacidad. Para ello, necesitamos un mejor acceso al agua ultracaliente del núcleo de la Tierra. Ahí es donde entra en juego la perforación por ondas milimétricas.
Profundizar en la Tierra
Actualmente, la perforación más profunda del mundo es la de Kola, en Rusia, cerca de Noruega. Un proyecto de la Unión Soviética -y el resultado de una carrera científica menos conocida con Estados Unidos- fue un intento de perforar lo más profundamente posible la corteza terrestre, que tiene una media de 30 kilómetros de espesor bajo los continentes, según el Servicio Geológico de Estados Unidos. Sin embargo, esta perforación se adentra sólo 11 kilómetros en la corteza y ha tardado 20 años en completarse porque los equipos convencionales, como las perforadoras mecánicas, no pueden soportar las condiciones a esas profundidades.
La tecnología Quaise, diseñada para volar la roca con ondas milimétricas, podría ser una solución. Sustituyendo las brocas convencionales por energía de ondas milimétricas, alimentada por una máquina giroscópica, es posible fundir y luego vaporizar la roca para crear muchos de estos agujeros profundos. El MIT tardó más de 15 años en desarrollar la técnica general en un laboratorio, demostrando finalmente que las ondas milimétricas podían perforar agujeros en el basalto. Quaise afirma que su tecnología le permitirá llegar a 20 kilómetros de profundidad, donde las temperaturas alcanzan más de 900 grados Fahrenheit.
El plan es introducir un diseño híbrido, utilizando primero la tecnología de perforación rotatoria convencional desarrollada por las industrias del petróleo y el gas para atravesar las capas superficiales de la Tierra. Después, cuando los equipos lleguen a la roca del subsuelo, pasarán a utilizar ondas milimétricas de alta potencia, «ideales para la roca dura, caliente y cristalina de las profundidades, con la que la perforación convencional tiene dificultades», afirma Houde.
Según Quaise, su primer equipo de perforación híbrido a escala real estará listo y en funcionamiento en 2024. Para 2026, la empresa afirma que su primer sistema geotérmico, con una potencia de 100 megavatios de energía térmica, funcionará en un puñado de pozos. Para 2028, prevé poder empezar a sustituir las centrales energéticas alimentadas con combustibles fósiles por centrales geotérmicas.»A estas altas temperaturas, producimos un vapor muy parecido, si no superior, a la temperatura a la que funcionan hoy las centrales eléctricas de carbón y gas», explica Houde. «Podemos ir a las centrales existentes y decirles: ‘Podemos sustituir entre el 95% y el 100% de su consumo de carbón desarrollando un yacimiento geotérmico y produciendo vapor de la Tierra a la misma temperatura a la que queman carbón para hacer funcionar su turbina, sustituyendo directamente las emisiones de carbono'».
De la fusión al trabajo de campo.
Esto no es un hecho. Quaise afirma que es necesario comprender mejor las propiedades de las rocas a gran profundidad y avanzar en la cadena de suministro de girotrones, los tubos de vacío de haz lineal que producen las ondas milimétricas. En la actualidad, el equipo en cuestión está optimizado para proyectos puntuales especializados de investigación de la fusión, pero la tecnología debe producirse en cantidad y con un diseño robusto adecuado para un entorno de campo.
Luego vienen algunos retos de ingeniería adicionales, como la técnica adecuada de eliminación de la ceniza creada durante la perforación de los barrenos, y la necesidad de mantenerlos estables y abiertos una vez terminados.
«Esto sucederá rápidamente una vez que resolvamos los problemas de ingeniería inmediatos de transmitir un haz limpio y hacerlo funcionar a una alta densidad de energía sin averías», afirma Woskov en el comunicado de prensa. «Irá rápido porque la tecnología subyacente, los girotrones, están disponibles comercialmente».
Un girotrón cuenta con una potente fuente de haces, como los láseres, pero con un rango de frecuencias diferente. «Pensé», dice Woskov, «¿por qué no dirigir estos haces de alta potencia, en vez de al plasma de fusión, hacia la roca y vaporizar el agujero?».
Dado que las fuentes de energía geotérmica se están estancando en todo el mundo porque los métodos de perforación convencionales han demostrado ser poco prácticos para tratar las costras más calientes y duras a mucha más profundidad que los 400 pies, el Departamento de Energía de Estados Unidos ha ofrecido una subvención a Quaise para aumentar los experimentos de la empresa con un girotrón más grande para seguir mejorando las capacidades de vaporización. También se sigue trabajando para aumentar la potencia del taladro.
«Realmente son retos de ingeniería a los que tenemos que dar respuesta, lo que no significa que sean fáciles de resolver, pero no estamos trabajando contra las leyes de la física, para las que no hay respuesta. Se trata más bien de superar algunas de las consideraciones más técnicas y de coste para que esto funcione a gran escala», afirma Houde.
