La increíble dificultad de usar el calor de la Tierra como fuente de energía

El centro de la Tierra. Pocas personas han llegado tan cerca de él como Buzz Speyrer, un ingeniero de perforaciones con una larga carrera en el sector del petróleo y el gas. A unos 1,800 kilómetros del núcleo, el lugar está ardiendo por impactos celestes que se remontan a miles de millones de años, avivados hasta hoy por la fricción y la radioactividad. Ese calor, que se filtra hacia arriba, convierte la roca superior en un líquido viscoso y, más allá, en un estado gelatinoso que los geólogos denominan plástico. Solo a unos 160 kilómetros de la superficie la roca se vuelve familiar, dura y perforable.

Allí abajo solo hay calor

En este momento, el equipo de Speyrer se encuentra a unos 2,000 metros por debajo de nosotros, es decir, a un 2% de esa capa, donde el calor ya es tan intenso que cada metro de más, cada centímetro de más, es una victoria ganada a pulso. Allí abajo, cualquier líquido bombeado se volvería, como dice Speyrer, tan caliente como para freír un pavo: «Imagínate que te salpica», dice. A esa temperatura, unos 228 grados Celsius (450 grados Fahrenheit), su equipo puede empezar a tener problemas. La electrónica falla. Los aparatos se deforman. Cientos de miles de dólares en equipos pueden bajar a un pozo, y si se dañan allí, hay que asegurarse de que no se atasquen. En ese caso, lo mejor es tapar el agujero, cuya perforación probablemente haya costado millones, contabilizar las pérdidas y seguir adelante.

Incluso cuando las cosas van bien allá abajo, es difícil saberlo desde aquí en la superficie de la Tierra. «Es muy frustrante», refiere Joseph Moore, geólogo de la Universidad de Utah, en EE UU, mientras observa a través de la ventanilla de un remolque los movimientos vacilantes de una torre de perforación de más de 50 metros de altura. Es un día fresco de 2022, en un remoto condado del oeste de Utah llamado Beaver, con una brisa que sopla desde las montañas Mineral hacia las granjas de cerdos y las turbinas eólicas del valle. La plataforma se parece mucho a cualquier instalación de petróleo y gas que salpica el oeste americano. Pero no hay hidrocarburos en el granito que tenemos debajo, solo hay calor.

La desaprovechada energía geotérmica

Desde 2018, Moore lidera una apuesta de 220 millones de dólares del Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE). Se llama FORGE, u Observatorio Fronterizo para la Investigación en Energía Geotérmica, para que este calor pueda aprovecharse para producir electricidad en la mayor parte del mundo. Hoy en día, la energía geotérmica es un recurso escaso, que solo se aprovecha en lugares donde la corteza se ha resquebrajado un poco y el calor se mezcla con las aguas subterráneas, produciendo fuentes termales o géiseres que pueden alimentar turbinas generadoras de electricidad. Pero estos puntos calientes acuáticos son raros. Islandia, que va a caballo entre dos placas tectónicas divergentes, tiene un gran potencial geológico y produce una cuarta parte de su electricidad de este modo; en Kenia, el vulcanismo de lo que se conoce como el Gran Valle del Rift contribuye a elevar esa cifra a más del 40%. En Estados Unidos, apenas el 0,4%, casi toda procedente de California y Nevada.

Una inversión inmensa, con muchos riesgos

Sin embargo, hay roca caliente por todas partes, si se perfora a suficiente profundidad. El proyecto de Moore trata de crear un sistema geotérmico «mejorado», o EGS, llegando a rocas calientes y densas como el granito, abriéndolas para formar un yacimiento y bombeando agua para absorber el calor. A continuación, el agua se extrae por un segundo pozo y sale unos cientos de grados más caliente que antes: una fuente termal artificial que puede accionar turbinas de vapor. El diseño puede parecer sencillo: llevar el agua del punto A al punto B, pero a pesar de medio siglo de trabajo, la complejidad de la ingeniería y la geología han hecho que nadie haya conseguido que el EGS funcione a escala práctica… hasta ahora.

Moore intenta demostrar que es posible. Y de paso, quizá consiga que más empresarios e inversores se entusiasmen con la geotermia tanto como él. La generación de electricidad renovable, ya sea a partir del sol, del viento o de la tierra caliente, suele ofrecer rendimientos constantes pero poco destacables una vez que la energía empieza a fluir. Eso está bien si los costos iniciales son baratos, requisito que ahora suelen cumplir las turbinas eólicas y los páneles solares. La geotermia requiere un arriesgado proyecto de perforación multimillonario para empezar. Aunque la energía limpia y fiable derivada del núcleo de la Tierra puede complementar la energía eólica y solar, hay apuestas subterráneas más seguras para quienes tienen los conocimientos y el financiamiento para perforar. Un pozo geotérmico puede tardar 15 años en amortizarse; una plataforma de gas natural lo hace en apenas dos.

No es de extrañar, por tanto, que haya dos millones de pozos activos de petróleo y gas en todo el mundo, pero sólo 15,000 de geotermia, según la consultora energética noruega Rystad Energy. Casi todos son hidrotérmicos, y dependen de esas fuentes naturales de agua caliente. Solo unas pocas son EGS. Un trío de centrales en funcionamiento en el este de Francia solo produce un hilo de energía, tras haber perforado en roca relativamente fría. Luego hay experimentos más calientes, como en Utah, y al otro lado de la frontera, en Nevada, donde una empresa de Houston llamada Fervo está trabajando para conectar dos pozos propios, un proyecto destinado a suministrar energía limpia a un centro de datos de Google.

Moore cree que FORGE puede hacer más atractivo el EGS demostrando que es posible calentarse más. Cada grado extra debería significar más energía inyectada a la red y más beneficios. Pero perforar granito caliente y duro, en lugar de esquisto más frío y blando que los fraccionadores de gas como Speyrer suelen dividir, no es trivial. Tampoco lo es perforar los anchos pozos necesarios para mover grandes volúmenes de agua para una planta geotérmica. La industria geotérmica necesita herramientas y técnicas adaptadas del petróleo y el gas y, en algunos casos, completamente nuevas; pero como nadie sabe si el EGS funcionará, aún no existen. Y ahí es donde entra en juego FORGE, que Moore describe como absorber el riesgo de las herramientas y los métodos: «Nadie va a gastar ese dinero a menos que yo lo gaste», cree.

En el condado de Beaver, su equipo está probando un tapón de puente, esencialmente una tapa, que sellará una sección de tubería para que el agua pueda penetrar en la roca circundante con fuerza suficiente para agrietar el granito. Es de madrugada y hay una decena de camiones cisterna aparcados en formación imponente junto a la plataforma. A la hora de comer, probarán si el tapón aguanta la presión y, antes de cenar, dispararán «los cañones» (pequeñas cargas explosivas) para perforar la tubería. Luego introducirán el agua para romper la roca a tiempo para la merienda de medianoche, «si todo va bien», advierte Moore.

Fracking: una tecnología muy controversial

En otras palabras, se trata de un fracking bastante normal, la técnica que ha inundado Estados Unidos de gas natural en los últimos 15 años. Pero, por favor, no utilices la palabra con «f» con demasiada libertad: es un tabú en geotermia, a pesar de que el futuro del sector puede depender de esta tecnología. La sensibilidad no se debe solo a la asociación con los combustibles fósiles. Si se fractura en el lugar equivocado, sobre una falla oculta, la tierra puede temblar con una intensidad dañina.

El equipo está observando atentamente los datos registrados por ocho geófonos, unos detectores acústicos que captan las ondas sísmicas, colgados en perforaciones cercanas. Hasta ahora, la única señal clara es que hace mucho calor ahí abajo. Unos minutos antes de empezar la prueba de presión, John McLennan, ingeniero químico que codirige la fracturación, llega al remolque con malas noticias sobre un par de geófonos.

«Los dos han fallado», anuncia. «No aguantan la temperatura».

«Estoy demasiado viejo para esto», responde Moore.

Habían sido unos días muy largos. No se suponía que fuera una operación de 24 horas, pero aquí estaban, retrasados por los fuertes vientos y el mal funcionamiento del equipo, otro largo día y noche por delante. Ahora había perdido su par de oídos cruciales que le decían lo que ocurría bajo la superficie.

¿Por qué usamos tan poca energía geotérmica?

Mientras el equipo de FORGE se prepara para la fracturación, Moore y yo nos adentramos en las Montañas Mineral para ver por qué la energía geotérmica no ha aprovechado todo su potencial. Nos detenemos en la valla perimetral de la planta geotérmica de Blundell, situada a pocos kilómetros de FORGE, en el extremo oriental de una zona caliente que se extiende cientos de kilómetros hacia el Pacífico. El atractivo del lugar es evidente. Cerca del emplazamiento, las fisuras de la roca revelan lugares donde el agua caliente ha brotado a la superficie, arrastrando minerales que se endurecieron y formando riachuelos de cristal. A unos cientos de metros, nubes sulfurosas surgen del suelo alrededor de un cobertizo del siglo XIX donde vaqueros y mineros se daban baños calientes.

La central, propiedad de la compañía eléctrica PacifiCorp, con sede en Portland, se construyó durante el boom geotérmico de la crisis del petróleo de los años setenta. Pero cuando sus turbinas empezaron a girar en 1984, los precios de la energía habían bajado y el boom ya se estaba desvaneciendo. La inmensa mayoría de las centrales estadounidenses que funcionan hoy en día datan de la década de 1980, un hecho doloroso para un entusiasta de la geotermia como Moore. Su propia andadura en el sector comenzó en esa época, cuando abandonó su anterior carrera de prospección de yacimientos de uranio, una industria también en declive, que le había traído a Utah desde su Nueva York natal.

Considera que Blundell está especialmente infrautilizada, y señala turbinas que podrían mejorarse para producir más energía y lugares donde PacifiCorp podría perforar más pozos hidrotermales: «Es simplemente aversión al riesgo», piensa. “Dicen: ‘no puedo ver lo que hay bajo tierra, así que soy escéptico sobre las perforaciones’”. PacifiCorp no respondió a las solicitudes de comentarios.

Solo unas pocas empresas están explorando nuevos yacimientos hidrotermales. Una de ellas es Ormat Technologies, con sede en Reno, que posee y explota más de 20 centrales geotérmicas en todo el mundo. Paul Thomsen, vicepresidente de desarrollo de negocio de la empresa, me cuenta cómo Ormat estableció su negocio comprando plantas existentes y actualizando sus turbinas para extraer más energía de la misma agua caliente. Más recientemente, aprovechando su experiencia en todo, desde la perforación hasta el funcionamiento de las plantas, empezó a construir plantas nuevas.

Pero es difícil elegir a los ganadores, incluso cuando hay un recurso hidrotermal evidente que explotar. Las ciudades desérticas del oeste americano se han rebelado contra las propuestas por temor a que se agoten las aguas subterráneas. Y allí donde los biólogos buscan en las aguas termales, encuentran especies únicas que merecen protección. Si a esto añadimos los largos procesos de concesión de permisos y las dificultades para conectar las nuevas centrales a la red, las opciones se reducen. Recientemente, Ormat ha sufrido reveses en dos de los emplazamientos propuestos, en relación con las aguas subterráneas cercanas al Burning Man de Nevada y con el diminuto sapo del Valle del Dixie, recientemente incluido en la lista de especies en peligro de extinción.

Agua y calor

Los retos que plantean las fuentes termales naturales han hecho aún más atractiva la creación de otras artificiales. En 2006, el DOE, junto con investigadores del MIT, publicó un informe en el que se describía un plan para convertir la energía geotérmica en una aportación importante a la red estadounidense para ayudar a cumplir los objetivos climáticos. La flexibilidad que ofrece la energía geotérmica estaba en el centro del plan. Aunque la profundidad a la que la roca se calienta lo suficiente varía (menos en el oeste estadounidense que en la costa este, por ejemplo), los científicos consideraron que podría ser razonable perforar en busca de calor en la mayoría de los lugares, ya sea para producir electricidad o, a temperaturas más bajas, agua caliente para calentar edificios.

En 2014, el DOE empezó a buscar un lugar que sirviera de campo de pruebas para reutilizar herramientas procedentes del petróleo y el gas y, cuatro años después, eligió el condado de Beaver como sede del experimento. Más tarde, la agencia calculó que la geotermia podría satisfacer el 8.5% de la demanda de electricidad de EE UU en 2050, lo que supone multiplicar por 26 la cifra actual. Solo faltaba demostrar que el EGS funcionaba.

El pozo de FORGE desciende en línea recta durante unos 1.8 kilómetros y alcanza el granito a unos dos tercios del camino, antes de hacer un giro de 65 grados y avanzar casi 1.5 kilómetros. Una de las pasiones de Moore, demostrada con entusiasmo con movimientos de la mano y diagramas en servilletas, es el campo de tensión interno del granito ,que determina cómo se agrietará bajo presión.

Comprender ese campo de tensión es esencial. Para que una central eléctrica sea eficiente, las grietas deben extenderse lo suficiente, de manera que el agua se mueva con eficacia entre los dos pozos, pero no demasiado rápido, dice Teresa Jordan, científica geotérmica de la Universidad Cornell de Nueva York, donde dirige un proyecto de EGS destinado a calentar los edificios del campus con agua geotérmica. «Quieres que se tome su tiempo, pasando mucho rato en contacto con las rocas que la calentarán», explica. Además, las grietas deben llevar la mayor cantidad de agua posible al segundo pozo, y no a fisuras ocultas por el camino, y mantenerla caliente durante años. Las rocas calientes pueden enfriarse hasta volverse tibias si el agua fría bombeada absorbe el calor más rápido de lo que el calor del núcleo puede reponerlo. La desaparición del agua y la disminución del calor han influido en anteriores fracasos de EGS, como en Nuevo México en la década de 1980 y en el sur de Australia en 2015.

Estos riesgos han llevado a otros a buscar diferentes enfoques, cada uno con sus propias ventajas y desventajas. Uno de ellos, un sistema de «circuito cerrado», consiste en introducir tuberías selladas en la roca caliente y luego devolverlas a la superficie, impidiendo que el agua se drene bajo tierra. Pero ha resultado difícil introducir suficiente calor en un líquido que no toque directamente las rocas calientes. O tal vez se perfora a gran profundidad, unos 20 kilómetros, donde las temperaturas pueden superar los 900 grados Celsius (1,650 Fahrenheit), suficiente para que el calor suba directamente a la superficie por un solo pozo. Pero las herramientas para perforar a tales profundidades son aún experimentales. Otros piensan que los pozos de petróleo y gas existentes son la respuesta, ya que ahorran costos de perforación y liberan las abundantes herramientas de la industria para sus propios pozos. Pero los más estrechos que se utilizan para extraer combustibles fósiles no están acondicionados para impulsar los enormes volúmenes de agua necesarios para una central eléctrica.

Los partidarios del EGS sostienen que diseños como el de FORGE logran el equilibrio adecuado, ya que añaden suficiente calor y flexibilidad con respecto a la geotermia tradicional, al mismo tiempo que son capaces de aprovechar las ventajas de los métodos de extracción de petróleo y gas. Los experimentos más recientes de EGS son posibles gracias a los avances en perforación horizontal y a la mejora de los modelos de fracturación hidráulica, comenta Tim Latimer, CEO de Fervo, quien colabora con FORGE en el desarrollo de su propio proyecto de EGS en Nevada. Me dice que cree que las proyecciones que los inversores en energía utilizan para calcular los costos de perforación geotérmica, que les hacen dudar, están 15 años desfasadas. Durante la perforación del primer pozo FORGE, señala, el equipo demostró que podía reducir a la mitad el tiempo utilizando una nueva broca con punta de diamante, lo que redujo los costos totales en un 20%.

Perforaciones que generan sismos

Hacia las tres de la tarde, después de nuestro paseo por la planta de Blundell, Moore vuelve a la zona de perforación y ve a McLennan corriendo para saludarle. Tiene buenas noticias. La primera: El tapón ha aguantado la presión. Moore suelta un gran suspiro, con las manos en las caderas: «Me alegro de que se haya acabado», exclama. Más tarde, después de disparar los cañones y bombear el agua, una «nube sísmica» de pequeños temblores captados por los geófonos restantes, suspendidos a menor calor y profundidad, indica que las grietas se extienden a unos 400 pies (más de 120 metros) del pozo, la distancia adecuada para conectar con el segundo y futuro pozo que sacará el agua recién calentada a la superficie. Una tercera buena noticia es que la nube sísmica no se sintió en la superficie.

Eso es especialmente una buena noticia para Peter Meier, director general de Geo-Energie Suisse, un consorcio de energía geotérmica. Viajó a Utah desde Suiza sobre todo para escuchar los geófonos. En 2006, se produjo un sismo de magnitud 3.1 después de que los ingenieros de un proyecto suizo de EGS intentaran crear un depósito de agua demasiado grande que perturbó una falla no cartografiada, causando daños en las viviendas cercanas de Basilea. Un geólogo se enfrentó a cargos penales por negligencia por su papel en el sismo, pero posteriormente fue absuelto. Desde entonces, los gobiernos locales de Suiza desconfían de las operaciones de EGS.

En 2017, un sismo todavía mayor provocado por un proyecto de EGS en Corea del Sur, causó 82 heridos y ensombreció aún más las perspectivas del concepto. Pero Meier cree que esos terremotos se debieron a una mala planificación por parte de los ingenieros, algo evitable con un estudio más cuidadoso de las rocas. Para Meier, FORGE es una oportunidad de salvar la reputación del EGS demostrando que funciona de forma segura: «Hasta que no tengamos un caso de éxito, seguiremos discutiendo sobre el fracking, porque básicamente es fracking».

Esta primavera, Moore regresó al condado de Beaver para perforar el pozo número dos. Tras casi un año revisando los datos de la fracturación inicial, confiaba en que el pozo de producción, perforado directamente a través de la nube de grietas de la fracturación, lograría sacar agua. A principios de mes se le dio la razón. Casi 76,000 galones (más de 287,000 litros) bajaron por el primer agujero a un ritmo de unos 210 galones (casi 800 litros) por minuto, y volvieron a salir por el otro extremo, más calientes. Una prueba a gran escala en 2024 acercará los caudales a los requeridos para las plantas EGS comerciales, que deberían circular a más de mil galones (más de 3,700 litros) por minuto.

Parte de la confianza de Moore se debía a que sabía que estaba jugando en modo fácil. Por su diseño, los dos pozos están demasiado cerca como para extraer un calor considerable para una central eléctrica; en esta fase, lo importante eran sobre todo las herramientas y las técnicas financiadas y probadas a lo largo del proceso. Antes de la prueba, Moore me habló con entusiasmo de los nuevos artilugios disponibles para crear el pozo de producción, incluida la perforación por partículas, en la que la roca se corroe disparando pequeñas bolas metálicas de alta velocidad; un sistema de perforación rotatorio que podían dirigir desde la superficie; y geófonos mejorados y más resistentes al calor.

Al final, los tres resultaron menos útiles de lo que Moore esperaba. La perforación con partículas y el sistema dirigible resultaron ser más problemáticos de lo que valían, sobre todo en comparación con el éxito anterior de las brocas con punta de diamante. Los geófonos modificados seguían estropeándose por encima de los 150 grados centígrados (300 grados Fahrenheit); Moore dice que acabarán cambiando a dispositivos de fibra óptica resistentes al calor. A veces es útil ver lo que se rompe.

Hay otras razones para tener esperanza. Pocos días después de la conexión de FORGE, Fervo publicó los resultados de su propia prueba de conexión de 30 días en Nevada. El resultado, según Latimer, es «el proyecto geotérmico mejorado más productivo jamás realizado», que produce suficiente agua caliente para generar unos 3.5 megavatios de electricidad. Los pozos se perforaron cerca de una central hidrotérmica ya existente que tiene espacio para más capacidad, y producirán energía a finales de verano, según indica.

«Hemos demostrado que funciona», apunta Latimer. «Ahora la cuestión es con qué rapidez podemos hacer que baje la curva de costos», lo que incluye calentarse más. Los pozos de Fervo en Nevada alcanzaron un pico de 190 grados Celsius (370 grados Fahrenheit) más caliente, señala, que cualquier otro pozo horizontal de petróleo y gas en los EE UU, y lo suficientemente caliente como para demostrar que sus propias herramientas pueden ir un poco más calientes la próxima vez. También hay cuestiones cruciales sobre la perforación, añade: la distancia óptima entre los pozos, los ángulos, la profundidad… «No es como el software, donde se puede iterar rápidamente», compara. El sector necesita más experimentos, más proyectos, para averiguar cuál es la combinación más productiva.

Es probable que surjan más oportunidades de iterar. La Ley de Reducción de la Inflación de EE UU ha invertido dinero en infraestructuras de energía verde, añadiendo incentivos al desarrollo geotérmico que lo acercan a los ya existentes para la energía eólica y solar. Mientras tanto, el DOE ha aumentado su objetivo de generación de electricidad geotérmica en 2050 en un 50%, hasta 90 MW, con base, en parte, en la mejora de las perspectivas de la tecnología EGS, y en febrero anunció que destinaría 74 millones de dólares adicionales a demostraciones piloto de EGS. Moore sospecha que ninguna de ellas alcanzará todavía temperaturas tan elevadas como la de FORGE: «Creo que buscaremos temperaturas en las que sepamos que las herramientas funcionan», dice. Pero es un comienzo.

Algunos podrían intentar utilizar ese calor para el calentamiento directo, como el proyecto de Jordan en Cornell. Otros podrían perforar en los límites de zonas hidrotermales de eficacia probada, donde el calor es más accesible. Y hay otros enfoques creativos para maximizar los ingresos. Fervo y otros han propuesto utilizar sus pozos como baterías, bombeando agua cuando la red tiene exceso de energía y devolviéndola caliente en épocas de vacas flacas para generar energía, o construir plantas junto a instalaciones que consumen mucha energía, como centros de datos o futuras plantas de eliminación de carbono, evitando los problemas de conexión a una red eléctrica sobrecargada.

Energía geotérmica en cualquier parte de la Tierra

A partir de ahí, la ampliación requerirá mucha más inversión. Y aún está por ver hasta qué punto los inversores, especialmente en petróleo y gas, recogerán el testigo. Este año, Fervo recibió una inversión de 10 millones de dólares de la empresa petrolera Devon Energy, pionera del fracking. El mes pasado, Eavor, una startup geotérmica de circuito cerrado, anunció que BP Ventures había liderado su última ronda de financiamiento: «Ha pasado de cero a algo», confirma Henning Bjørvik, quien sigue el sector geotérmico en la consultora energética Rystad. Pero el petróleo y el gas siguen siendo tan competidores en cuanto a equipos, conocimientos y terrenos como amigos de la geotermia, y los compromisos con las energías limpias pueden resultar volubles cuando los precios de los combustibles fósiles empiezan a subir. Según Bjørvik, lo que los inversionistas necesitan ver es que esta industria embrionaria puede ampliarse a cientos o miles de plantas, con suficientes beneficios potenciales como para compensar los riesgos de que cualquier proyecto individual fracase.

En opinión de Moore, la forma de conseguirlo es seguir demostrando que las cosas pueden calentarse un poco más. La finalización de la investigación en el segundo pozo de FORGE agotará su actual subsidio del DOE en 2025, pero ha solicitado nuevos fondos para perforar pozos más alejados entre sí y, por supuesto, probar nuevas herramientas a temperaturas cada vez más elevadas. Para entonces, tendrá un nuevo vecino. El equipo de perforación del próximo proyecto de Fervo ya se ve desde la plataforma de perforación de FORGE: el comienzo de lo que está previsto que sea una central eléctrica a gran escala.

Si todo va según lo previsto, producirá 400 megavatios de energía, dice Latimer, suficiente para abastecer a 300,000 hogares. Era lógico, comenta, perforar a la sombra de FORGE y Blundell. El emplazamiento ha sido objeto de un estudio exhaustivo y dispone de interconexiones a la red para transportar electricidad a los primeros clientes de Fervo en California. El objetivo es la energía geotérmica en cualquier lugar. Por ahora, tiene sentido empezar aquí.

Fuente: Agencia ID.