O futuro da geotermia para uma energia limpa e fiável

A eletricidade produzida a partir do calor natural do subsolo pode tornar-se competitiva em termos de custos em relação à energia da rede até 2027, utilizando sistemas geotérmicos melhorados, embora ainda seja necessário ter cuidado com os riscos sísmicos, segundo os investigadores.

Historicamente, o acesso à energia geotérmica tem dependido dos famosos três fatores mais importantes do sector imobiliário: localização, localização e localização. Uma vez que as centrais geotérmicas convencionais requerem rochas quentes e permeáveis e muito fluido subterrâneo, a utilização da tecnologia tem-se limitado sobretudo a locais com vulcanismo recente, como o Japão, a Nova Zelândia, as Filipinas, o Quénia, El Salvador, a Islândia e o oeste dos Estados Unidos.

No entanto, nos últimos 50 anos, as técnicas originalmente desenvolvidas para os campos petrolíferos e adaptadas aos “sistemas geotérmicos melhorados” (EGS) ofereceram a promessa de explorar reservas profundas de calor natural numa faixa mais vasta do planeta.

“Há muito entusiasmo em relação à energia geotérmica melhorada”, disse Roland Horne, professor de ciência e engenharia da energia na Escola de Sustentabilidade Doerr de Stanford, que reuniu mais de 450 engenheiros, cientistas e gestores de 28 países no início deste mês no 50º Workshop Geotérmico de Stanford para trocar ideias e comunicar resultados de projectos em todo o mundo.

Até à data, quase todas as aplicações de EGS têm sido para fins de investigação em instalações únicas e de pequena escala, disse Horne, que foi convidado a reunir uma equipa de autores para escrever um artigo para a edição de fevereiro de 2025 da Nature Reviews Clean Technology sobre EGS e o seu potencial para fornecer energia a uma escala maior.

Milénios depois de os antigos romanos terem aproveitado o calor do subsolo para aquecer os seus edifícios, e mais de um século depois de a Itália ter posto em funcionamento a primeira central geotérmica do mundo, Horne e os seus coautores observam que a geotermia contribui atualmente para 45% do fornecimento de eletricidade em alguns países, como o Quénia. Mas ainda contribui com menos de metade de 1% a nível mundial. A energia solar e eólica contribui com mais de 25 vezes mais. Com a EGS, existe agora o potencial para que a geotermia represente uma parte muito maior das necessidades energéticas da humanidade.

Perfurações mais rápidas reduzem os custos

Muitas das técnicas de perfuração que permitiram o boom do gás de xisto no início dos anos 2000 foram adaptadas para que a geotermia funcione em mais regiões a um custo menor, disse Horne. Estas técnicas incluem a perfuração horizontal e a fracturação hidráulica, ou fracking, que envolve o bombeamento de fluidos a alta pressão para poços perfurados em formações rochosas a milhares de metros de profundidade. A pressão força a abertura de fracturas existentes na rocha ou cria novas fraturas, facilitando o fluxo de petróleo ou outros fluidos para a superfície. Nos sistemas geotérmicos melhorados, o fluido é apenas água quente dos reservatórios naturais subterrâneos.

Outras técnicas adaptadas incluem a perfuração de vários poços a partir de um único bloco para aumentar a eficiência e reduzir os custos. As brocas de diamante sintético, que podem efetivamente mastigar rochas duras, também se revelaram fundamentais, tornando possível completar um novo poço geotérmico em poucas semanas em vez de meses.

“A perfuração mais rápida faz uma enorme diferença para toda a economia do EGS”, disse Horne, o Professor Thomas Davies Barrow em Stanford, que também faz parte do conselho consultivo científico de uma empresa de desenvolvimento geotérmico melhorado, cofundada pelos antigos alunos de Stanford Tim Latimer, MS-MBA ‘17, e Jack Norbeck, PhD ’16.

Com base, em parte, em modelos liderados pelo estudante de doutoramento Mohammad Aljubran, Horne e os seus coautores no documento de revisão estimam que as taxas de perfuração mais rápidas poderão tornar os sistemas geotérmicos melhorados competitivos com os preços médios da eletricidade em grande parte dos Estados Unidos até 2027, a cerca de 80 dólares por megawatt-hora.

Na Califórnia, que atualmente obtém cerca de 5% da sua eletricidade a partir da energia geotérmica, os autores estimam que a capacidade geotérmica poderia decuplicar com os EGS, atingindo 40 gigawatts até 2045 e substituindo os combustíveis fósseis na energia de base. Desta forma, os EGS complementariam as energias renováveis intermitentes da energia eólica e solar, acrescentando estabilidade a uma rede elétrica descarbonizada.

“Com o EGS, podemos atender à carga”, disse Horne, cujos coautores no artigo de revisão de 31 de janeiro incluem Norbeck e o ex-aluno Mark McClure, cofundador e executivo-chefe de uma empresa que comercializa software de modelagem de fraturas para empresas de petróleo, gás e EGS. Outros coautores incluem William Ellsworth, professor emérito de investigação em geofísica na Doerr School of Sustainability; Eva Schill, que lidera o programa de sistemas geotérmicos do Lawrence Berkeley National Laboratory; e Albert Genter, diretor-geral adjunto de geotermia na Electricité de Strasbourg, que está envolvida no desenvolvimento comercial de projetos EGS em França.

Mitigar os riscos de terramotos

Tal como acontece com o fracking para petróleo e gás, a fracturação de rochas profundas para aceder a reservatórios geotérmicos pode provocar sismos.

Uma forma óbvia de mitigar o risco remete novamente para a localização: Evitar simplesmente perfurar em locais propensos a terramotos. Por exemplo, construir um local no topo da Falha de San Andreas, que atravessa perigosamente a Califórnia, seria desaconselhável, disse Horne.

Uma segunda abordagem consiste em monitorizar a sismicidade através de um sistema conhecido como protocolo de semáforo. Se ocorrer um evento sísmico de uma determinada magnitude, os operadores abrandam a perfuração. Os fenómenos sísmicos de maior magnitude são tratados como sinais vermelhos que interrompem todas as perfurações e levam a uma revisão antes de um eventual reinício.

Uma estratégia recentemente desenvolvida para limitar a sismicidade, disse Horne, envolve a criação de muitas fraturas mais pequenas durante a perfuração, em vez de apenas uma ou algumas fraturas maciças. A maioria dos terramotos associados ao EGS ocorreu quando as grandes fraturas, estimuladas pelo homem, são cheias de fluido e ativam as falhas, que são fraturas naturalmente existentes na rocha. Uma abordagem do tipo “gota-a-gota” em vez de uma mangueira de incêndio pode reduzir significativamente o risco e a dimensão da sismicidade induzida”, disse Horne.

Ele e os seus colegas esperam que o novo estudo incentive a continuação da investigação e o desenvolvimento do EGS como fonte de energia sustentável e fiável. “O EGS pode ser um fator de mudança para a produção de energia verde, não só na Califórnia, mas também nos EUA e em todo o mundo”, afirmou Horne. “O aproveitamento seguro do calor interno da Terra pode contribuir substancialmente para alimentar o nosso futuro.”