La geotérmica supercaliente, la otra gran solución de energía limpia e infinita

La energía geotérmica limpia y renovable tiene el potencial de convertirse en un actor importante en la transición energética, según informes recientes de organizaciones como la Agencia Internacional de la Energía. Según el Clean Air Task Force y otros, si podemos aprovechar rocas supercalientes a más de 375 grados Celsius (aproximadamente 700 o F) estaríamos ante la gran solución energética.

Las plantas geotérmicas de hoy funcionan a temperaturas considerablemente más bajas, la mayoría de entre 100 y 250 ° C, y se sabe relativamente poco sobre el diseño de plantas para temperaturas mucho más altas.

Ahora, Daniel W. Dichter de Quaise Energy informa sobre sus avances en dos recientes estudios.

"Conocemos bien el diseño de centrales geotérmicas en el rango de temperatura convencional, pero no tenemos mucha experiencia con temperaturas de fuentes geotérmicas superiores. Estos artículos aplican los principios de diseño geotérmico convencional a un rango de temperatura superior, a partir de los 300 ° C", afirma Dichter, ingeniero mecánico sénior de Quaise.

Dichter espera que el trabajo sirva de base para elaborar una hoja de ruta hacia un futuro supercaliente.

En las plantas geotérmicas, el agua expuesta a la roca caliente absorbe ese calor y se bombea a la superficie, donde la energía transportada se convierte en energía eléctrica.

Entre las conclusiones de Dichter se encuentra que, para los sistemas que aprovechan la roca supercaliente, podría no ser necesario mantener el agua a temperaturas superiores a 375 ° C durante todo el trayecto hasta la superficie. También descubrió que las plantas que funcionan con fluidos geotérmicos a temperaturas superiores a 300 ° C en la superficie pueden utilizar turbinas comunes para convertir el vapor resultante en electricidad.

La mayoría de las plantas geotérmicas que operan actualmente a temperaturas geotérmicas convencionales más bajas deben emplear un sistema de turbinas más costoso, cuya disponibilidad comercial es limitada.

La roca supercaliente

El agua bombeada a la roca a temperaturas superiores a 375 ° C se vuelve supercrítica, una fase similar al vapor con la que la mayoría de la gente no está familiarizada. (Las fases conocidas son el agua líquida, el hielo y el vapor que forma las nubes). El agua supercrítica, a su vez, puede transportar entre 5 y 10 veces más energía que el agua caliente a temperaturas geotérmicas convencionales, lo que la convierte en una fuente de energía de alta densidad energética si se pudiera bombear a la superficie hasta turbinas que la convirtieran en electricidad.

Sin embargo, hoy en día, solo se puede acceder a rocas a esas temperaturas en unos pocos lugares del mundo, como Islandia, donde se encuentran relativamente cerca de la superficie. El principal problema es que no podemos perforar lo suficiente.

La veta madre de energía geotérmica supercaliente se encuentra a entre 3 y 19 kilómetros bajo la superficie. Las perforadoras utilizadas por las industrias del petróleo y el gas no soportan las formidables temperaturas y presiones que se encuentran a esa profundidad. Como resultado, la perforación se encarece exponencialmente con la profundidad. Quaise busca resolver el problema con un método de perforación completamente nuevo que utiliza energía de ondas milimétricas (similar a las microondas con las que cocinamos) que literalmente puede derretir y vaporizar la roca.

Nuevas perspectivas

Entre otras conclusiones, Dichter descubrió que si podemos acceder a rocas supercalientes a kilómetros de profundidad, no es necesario mantener el agua a temperaturas supercríticas (superiores a 375 ° C) hasta la superficie. En otras palabras, "la supercriticidad no es necesaria para un rendimiento máximo en la superficie", afirma. Y eso podría hacer que los sistemas supercalientes sean más económicos.

Resulta que mantener el agua caliente hasta la superficie tiene rendimientos decrecientes. Esto se debe a las leyes físicas que implica transportarla a largas distancias a través de las delgadas tuberías de la energía geotérmica, que tienen apenas un poco más de veinte centímetros de diámetro.

“Si bien el contenido calórico del agua supercrítica es mayor, el caudal másico a través de las tuberías disminuye, y básicamente se compensan”, afirma Dichter. No obstante, Dichter descubrió que el agua a una temperatura de producción, o superficial, de hasta 350 ° C aún puede generar una producción de energía “hasta un orden de magnitud superior a la de los sistemas geotérmicos convencionales”. No obstante, enfatizó que “aún podrían necesitarse condiciones supercríticas en el yacimiento [la roca supercaliente en las profundidades] para lograr una producción subcrítica debido a las pérdidas entre la superficie y el yacimiento”.

Unas turbinas distintas

Otra de las conclusiones de Dichter se refiere al sistema de turbinas utilizado para convertir agua supercaliente en energía. Muchas de las plantas geotérmicas en funcionamiento actualmente utilizan un ciclo binario con dos fluidos de trabajo. Esto se debe a que el calor no puede convertirse en electricidad eficientemente utilizando únicamente agua a temperaturas más bajas, y el agua geotérmica bombeada a la superficie contiene impurezas que pueden dañar los equipos superficiales asociados con la generación de energía.

La solución consiste en transferir el calor del agua geotérmica a un segundo fluido que fluye por tuberías separadas pero contiguas. Los hidrocarburos como el isobutano son el fluido secundario preferido en la mayoría de los ciclos binarios, pero Dichter descubrió que podían sustituirse por agua (una fuente limpia, distinta de la que se bombea a la superficie). Descubrió específicamente que, a temperaturas más altas, el agua funciona mejor como fluido secundario que la mayoría de los hidrocarburos.

Reemplazar los hidrocarburos por agua ofrece varias ventajas. El agua es más económica y las turbinas de vapor que la utilizan son bastante comunes, a diferencia de las basadas en hidrocarburos (ciclos orgánicos de Rankine u ORC). "Las turbinas de vapor tienen una cadena de suministro mucho más desarrollada que las turbinas ORC", afirma Dichter, quien presentó más información sobre los ciclos binarios geotérmicos basados ​​en agua y su comparación con los ORC en el informe presentado arriba en este artículo.

Dichter está entusiasmado con el futuro de la geotermia. "Las aplicaciones son diversas, desde centrales eléctricas hasta calefacción regional y bombas de calor geotérmicas domésticas, y hay muchas nuevas perspectivas en este campo", afirma. "La geotermia está experimentando un renacimiento en estos momentos".