El uso de energía geotérmica a grandes profundidades causa problemas porque la roca es muy dura allí. Por lo tanto, se está desarrollando un nuevo método de perforación en Suiza.
Un generador Marx genera el voltaje para los destellos artificiales. Las bolas pertenecen a los condensadores que acumulan el voltaje.
Los edificios históricos de CU Chemie Uetikon se encuentran directamente en el lago de Zúrich. En el siglo XIX la fábrica producía ácido sulfúrico y sales de ácido sulfúrico, más tarde muchas otras sustancias químicas. Fue cerrado hace unos años. Pero los edificios industriales todavía están ocupados. El ingeniero Benedikt Kammermann realiza experimentos en una de las salas de la fábrica. Estos se utilizan para desarrollar un nuevo tipo de tecnología de perforación para sistemas geotérmicos.
Quien ingresa al salón en Uetikon inicialmente no tiene idea de cuán moderna es la tecnología involucrada. Grandes recipientes de metal y tuberías están tirados por ahí, trozos de piedra yacen en el suelo con agujeros perforados en ellos. No parece alta tecnología. El significado y propósito del equipo solo se revela al visitante poco a poco.
Kammermann está trabajando en una técnica de perforación especial en la sala. Su núcleo es una cabeza de perforación inusual con un diámetro de 20 centímetros. No se engasta con un cincel de diamante convencional, sino con una buena docena de electrodos.
Un rayo rompe pedazos de roca
Los relámpagos artificiales relampaguean entre estos electrodos, generados por una tensión eléctrica de medio millón de voltios. «Una tormenta organizada», dice Kammermann. No puede demostrar la tecnología de perforación en la visita in situ porque actualmente está convirtiendo su sistema. Pero el ingeniero muestra un video de una instalación similar en Rusia. Parpadea y golpea sin cesar.
La tecnología se llama “Plasma-Pulse-Geo-Drilling”. Según Kammermann, el cabezal de perforación produce diez destellos por segundo. El rayo cae de un electrodo a la roca y de allí al electrodo vecino. El canal de rayos que se desarrolla en la roca alcanza una temperatura de varios miles de grados centígrados y de repente se expande. De esta manera, se separan piezas de un centímetro. Un líquido enjuaga inmediatamente el material suelto hacia arriba.
Plasma Pulse Geo triplete
El voltaje eléctrico para los destellos artificiales es generado por un llamado generador de Marx. Está en uno de los contenedores metálicos y tiene varios metros de largo. Kammermann construyó él mismo el extraño dispositivo con sus bolas de metal brillante. Una serie de condensadores se cargan gradualmente. A continuación, producen conjuntamente un pulso de alto voltaje.
La técnica de perforación parece extraña, pero podría ser un elemento clave para el futuro uso de la energía geotérmica en Suiza. Al menos esa es la esperanza de Benedikt Kammermann y Hans-Olivier Schiegg de SwissGeoPower, quienes están trabajando juntos para desarrollar aún más esta tecnología. Se utilizará en una variante especial de energía geotérmica que se conoce con el nombre de «Sistemas geotérmicos avanzados» (AGS, por sus siglas en inglés).
Los tipos convencionales de energía geotérmica tienen desventajas
Para comprender el papel de la tecnología de perforación flash para AGS, primero se debe comprender qué tipos de energía geotérmica son dominantes en la actualidad. En general, si desea utilizar la energía geotérmica a gran escala, y esto se aplica en particular a la generación de electricidad, debe perforar varios miles de metros de profundidad.
En la forma más común de energía geotérmica profunda, el uso «hidrotermal», el objetivo son las capas acuíferas de roca. El agua se bombea a través de un pozo. El agua fluye horizontalmente a través de la capa permeable y absorbe su calor. Luego regresa a la superficie a través de un segundo pozo, donde el calor generado puede usarse para calefacción o electricidad.
En muchos lugares, sin embargo, no hay estratos rocosos lo suficientemente profundos como para permitir el uso de la energía geotérmica. En tales casos, se utilizan otras técnicas. Por ejemplo, un método relacionado con el fracking que crea grietas en la roca. Posteriormente se conduce agua a través de estas grietas, que extrae el calor de la roca.
Pero este método tiene grandes desventajas. «Si los minerales disueltos en el agua se excretan del agua, las grietas pueden obstruirse», dice Martin Saar del Instituto de Geofísica de ETH Zurich. La generación de grietas también puede dar lugar a ligeros terremotos.
Los Sistemas Geotérmicos Avanzados no producen terremotos
Los AGS mencionados anteriormente no tienen estos problemas. Esta técnica no provoca grietas en la roca, por lo que tampoco se producen terremotos. Más bien, se crea un circuito geotérmico completo en las profundidades por medio de pozos.
Un método geotérmico de circuito cerrado
Se requiere perforación profunda para los llamados Sistemas Geotérmicos Avanzados
Martin Saar es el líder de investigación de un llamado proyecto de investigación insignia de Innosuisse llamado Aegis-CH. En él, los investigadores están investigando qué tan grande es el potencial de AGS, en Suiza y en todo el mundo. Esto también incluye la técnica de perforación por rayos en la que están trabajando Schiegg y Kammermann y varias otras empresas suizas, otros grupos de investigación de ETH, el Instituto Paul Scherrer, las universidades de ciencias aplicadas de Zúrich y Suiza Oriental.
El objetivo del AGS no es solo generar calor, sino también generar electricidad. Por tanto, la roca en la que tiene lugar la transferencia de calor debe estar muy caliente. Pero para un gran calor hay que ir más profundo. En términos concretos, esto significa que la generación de energía con AGS está destinada a profundidades de entre 5.000 y 7.000 metros, donde las temperaturas superan con creces los 100 grados centígrados.
La tecnología de perforación convencional con brocas alcanza sus límites económicos a grandes profundidades. En la Meseta Central, a una profundidad de alrededor de 2.500 a 3.000 metros, encontrará principalmente roca cristalina: gneis o granito. Esto aumenta el desgaste de la broca, que debe reemplazarse periódicamente. Esto requiere mucho tiempo y hace que los costos aumenten exponencialmente con la profundidad.
Los pernos perforan más rápido que los convencionales
Aquí es donde entran en juego los destellos artificiales. Debido a que la cabeza de perforación apenas entra en contacto con la roca con esta técnica, el desgaste es mínimo. El aparato de Uetikon perfora de 3,5 a 7 metros por hora. Eso se aplica al granito, la «roca más fea», dice Kammermann. En casi todos los demás tipos de roca es incluso más rápido. La tecnología de perforación convencional con brocas avanza mucho más lentamente, alrededor de 2 metros por hora.
Hasta ahora, las compañías petroleras no han estado interesadas en seguir desarrollando la técnica de perforación flash porque perforan en roca sedimentaria blanda. El objetivo ahora es hacer que la tecnología sea más rentable, dice Schiegg. Por ejemplo, se debe construir una versión del generador de rayos que encaje en el pozo. Para hacer esto, el dispositivo tiene que ser mucho más pequeño.
El fluido de perforación necesita ser optimizado
Los científicos también quieren optimizar el fluido de perforación, una mezcla a base de agua con la que se eliminan los fragmentos de roca. Si el voltaje entre los electrodos se acumula demasiado lentamente, surge un problema: el rayo no se propaga a través de la roca, sino a través del fluido de perforación. Así que no puedes perforar de esa manera. Los requisitos técnicos para el generador de Marx son, por lo tanto, altos: se debe alcanzar un voltaje de medio millón de voltios en cien nanosegundos. Esta es una condición muy exigente.
En Rusia, se usaba petróleo como fluido de perforación, lo que significaba que el voltaje eléctrico de los rayos no tenía que aumentar tan rápido como con el agua. Sin embargo, por consideración al medio ambiente, el petróleo está fuera de discusión en este país. Con un fluido de perforación optimizado con aditivos, las exigencias al generador podrían reducirse un poco.
AGS son adecuados para la combinación con viento y sol.
Según Martin Saar, los sistemas geotérmicos avanzados combinados con la nueva tecnología de perforación podrían desempeñar un papel clave en Suiza. La idea es instalar cientos de sistemas AGS cerca de las subestaciones. Aunque cada uno de estos sistemas solo entregaría unos pocos megavatios de energía, idealmente podrían complementar los muchos generadores de energía descentralizados de fuentes renovables. Esto se debe a que solo entregan energía con fuertes fluctuaciones, simplemente porque el sol no siempre brilla y el viento no siempre sopla.
Los sistemas AGS, por otro lado, suministran la carga base. Según Saar, se las arreglarían sin CO2-Estabilizar las emisiones durante el funcionamiento de la red eléctrica y así apoyar significativamente la difusión de la energía solar y eólica.
Los costos deben reducirse considerablemente.
AGS seguiría siendo demasiado caro para la generación de energía en Suiza, al menos el doble en comparación con el precio actual del mercado. Pero Saar es optimista. No solo porque espera que la tecnología de perforación sea más barata. En su opinión, la tecnología tiene un valor que supera con creces el de muchas otras tecnologías de generación de energía.
Según Saar, además de los puntos ya mencionados, las centrales eléctricas AGS tienen la ventaja de que son una fuente de energía renovable que se puede utilizar a largo plazo. Solo ocupan una pequeña superficie y se pueden utilizar en gran medida independientemente de las condiciones geológicas del subsuelo.
Lo que se necesita ahora como siguiente paso es una planta piloto. Porque antes de que los inversores potenciales piensen en invertir dinero en la nueva tecnología con iluminación artificial, quieren saber qué tan bien funciona.