Uma vasta fonte de energia verde inexplorada está escondida debaixo dos seus pés

Vasta energia verde inexplorada sob seus pés

Poucas pessoas na Terra chegaram mais perto de seu centro do que Buzz Speyrer, um engenheiro de perfuração com uma longa carreira na indústria de petróleo e gás. São cerca de 1.800 milhas até o núcleo, em chamas de impactos celestiais que datam de bilhões de anos e alimentados até hoje por fricção e radioatividade. Esse calor que sobe transforma a rocha acima em um líquido viscoso e além disso em um estado gelatinoso que os geólogos chamam de plástico. É apenas a cerca de 100 milhas da superfície que a rocha se torna familiar, dura e perfurável.

No momento, o equipamento de Speyrer está a cerca de 8.500 pés abaixo de nós, ou cerca de 2 por cento do caminho através dessa camada, onde o calor já é tão intenso que cada pé extra, cada polegada extra, é uma vitória difícil. Lá embaixo, qualquer líquido que você bombeasse se tornaria, como Speyrer diz, quente o suficiente para fritar um peru. “Imagine isso te atingindo”, ele diz. A essa temperatura, cerca de 450 graus Fahrenheit (228 graus Celsius), seus equipamentos podem começar a ter problemas. Eletrônicos falham. Rolamentos deformam. Centenas de milhares de dólares em equipamentos podem ir para dentro de um poço, e se quebrar lá, certifique-se de que não fique preso. Nesse caso, é melhor apenas tampar o buraco, que provavelmente custou milhões para perfurar, calcular suas perdas e seguir em frente.

Mesmo quando as coisas estão indo bem lá embaixo, é difícil saber daqui da superfície da Terra. “É frustrante pra caramba”, diz Joseph Moore, um geólogo da Universidade de Utah, enquanto observa os movimentos hesitantes de uma plataforma de 160 pés de altura através de uma janela do trailer. É um dia fresco em 2022, em um remoto condado do oeste de Utah chamado Beaver, uma brisa sopra das Montanhas Minerais em direção a fazendas de porcos e turbinas eólicas no vale abaixo. A plataforma se parece muito com qualquer instalação de petróleo e gás que pontilham o Oeste Americano. Mas não há hidrocarbonetos no granito abaixo de nós, apenas calor.

Desde 2018, Moore lidera uma aposta de US$ 220 milhões pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE), chamada FORGE, ou Frontier Observatory for Research in Geothermal Energy, de que esse calor pode ser aproveitado para produzir eletricidade na maioria das partes do mundo. A energia geotérmica é hoje um recurso raro, explorado apenas em locais onde a crosta terrestre rachou um pouco e o calor se mistura com a água subterrânea, produzindo fontes termais ou gêiseres que podem gerar eletricidade. Mas tais pontos quentes aquosos são raros. A Islândia, situada sobre duas placas tectônicas divergentes, acerta em cheio e produz cerca de um quarto de sua eletricidade dessa forma; no Quênia, o vulcanismo no Vale do Rift ajuda a elevar essa porcentagem para mais de 40 por cento. Nos Estados Unidos, são apenas 0,4 por cento, quase tudo vindo da Califórnia e Nevada.

No entanto, há rocha quente em toda parte, se você perfurar o suficiente. O projeto de Moore está tentando criar um sistema geotérmico “aperfeiçoado”, ou EGS, alcançando rochas quentes e densas como granito, abrindo-o para formar um reservatório e depois bombeando água para absorver calor. A água é então retirada por meio de um segundo poço, emergindo algumas centenas de graus mais quente do que antes: uma fonte termal artificial que pode acionar turbinas a vapor. Esse design pode parecer simples, encanando água do ponto A ao ponto B, mas apesar de meio século de trabalho, as complexidades da engenharia e da geologia significam que ninguém conseguiu fazer o EGS funcionar em escala prática – ainda.

• A Guerra na Ucrânia mostra que o Complexo Militar-Industrial dos EU...
• Threads é o novo local bacana para as marcas se encontrarem
• Quer vencer uma guerra de chips? Você vai precisar de muita água

Energia limpa e confiável do núcleo da Terra pode complementar a energia intermitente de vento e solar

Moore está tentando demonstrar que isso pode ser feito. E no processo, talvez ele consiga envolver mais empreendedores e investidores tão entusiasmados com a energia geotérmica quanto ele. A geração de eletricidade renovável, seja do sol, vento ou solo quente, normalmente oferece retornos estáveis, mas pouco notáveis, uma vez que a energia começa a fluir. Isso é bom se seus custos iniciais forem baratos – requisito que turbinas eólicas e painéis solares agora geralmente atendem. A energia geotérmica, por sua vez, requer um projeto arriscado de perfuração de vários milhões de dólares para começar. Embora seja uma energia limpa e confiável derivada do núcleo da Terra, ela há opções subterrâneas mais seguras para aqueles com conhecimento e financiamento para perfurar: um poço geotérmico pode levar 15 anos para se pagar; uma plataforma de gás natural o faz em dois.

Não é surpresa, então, que existam 2 milhões de poços ativos de petróleo e gás em todo o mundo, mas apenas 15.000 geotérmicos, de acordo com a consultoria norueguesa de energia Rystad Energy. Quase todos são hidrotermais, dependendo dessas fontes naturais de água quente. Apenas alguns são EGS. Um trio de usinas em operação no leste da França produz apenas uma pequena quantidade de energia, tendo perfurado em rochas relativamente frias. Em seguida, existem experimentos mais quentes, como aqui em Utah e do outro lado da fronteira em Nevada, onde uma startup de Houston chamada Fervo está trabalhando para conectar dois poços próprios, um projeto que visa fornecer energia limpa para um centro de dados do Google.

Moore acredita que o FORGE pode tornar a EGS mais atraente mostrando que é possível alcançar temperaturas mais altas. Cada grau a mais deveria significar mais energia injetada na rede e mais lucro. Mas perfurar granito quente e duro, em vez de xisto mais frio e mais macio que os fraturadores de gás, como Speyrer, normalmente dividem, não é trivial. Da mesma forma, perfurar os poços largos necessários para mover grandes volumes de água para uma usina geotérmica não é fácil. Assim, um problema de ovo e galinha: a indústria geotérmica precisa de ferramentas e técnicas adaptadas do petróleo e do gás – e, em alguns casos, completamente novas – mas porque ninguém sabe se a EGS funcionará, elas ainda não existem. É aí que entra o FORGE, desempenhando um papel que Moore descreve como “desrisco” das ferramentas e métodos. “Ninguém vai gastar esse dinheiro a menos que eu gaste esse dinheiro”, diz ele.

No Condado de Beaver, sua equipe está testando um tampão de ponte – uma tampa, essencialmente – que vedará uma seção de tubo para que a água possa ser forçada a entrar na rocha circundante com força suficiente para rachar o granito. É final da manhã e uma dúzia de caminhões-tanque estão estacionados em formação imponente ao lado da plataforma. Na hora do almoço, eles testarão se o tampão pode suportar a pressão, e antes do jantar devem disparar “as armas” – pequenas cargas explosivas – para perfurar o tubo. Em seguida, eles empurrarão a água para rachar a rocha a tempo de um lanche da meia-noite – “se tudo correr bem”, diz Moore.

Em outras palavras, um fraturamento bastante padrão, a técnica que inundou os Estados Unidos com um grande volume de gás natural nos últimos 15 anos. Mas não use a palavra “f” com muita liberdade, por favor – é bastante tabu na geotermia, mesmo que o futuro da indústria possa depender dessa tecnologia. A sensibilidade não se deve apenas à associação com combustíveis fósseis. Fraturar no lugar errado, em alguma falha escondida, e a terra pode tremer com intensidade prejudicial.

A equipe está acompanhando de perto os dados registrados por oito geofones – detectores acústicos que captam ondas sísmicas – pendurados em furos vizinhos. Até agora, o único sinal claro é que está realmente quente lá embaixo. Poucos minutos antes do início do teste de pressão, John McLennan, um engenheiro químico co-gerenciando a fratura, chega no trailer com más notícias sobre um par de geofones.

“Ambos falharam”, ele diz. “Não conseguem lidar com a temperatura.”

“Estou velho demais para isso”, responde Moore.

Foram alguns dias longos. Não era para ser uma operação de 24 horas, mas aqui eles estavam, atrasados por ventos fortes e equipamentos com defeito, mais um dia e noite longos pela frente. Agora ele tinha perdido um par de ouvidos cruciais que lhe diziam o que estava acontecendo abaixo da superfície.

Enquanto a equipe do FORGE se prepara para a fratura, Moore e eu dirigimos até as Montanhas Minerais para ver por que a energia geotérmica até agora ficou aquém de seu potencial. Paramos na cerca do perímetro da Usina Geotérmica Blundell, que fica a algumas milhas do FORGE, na borda leste de uma zona quente que se estende centenas de milhas a oeste até o Pacífico. O apelo do local é óbvio. Perto do local, fissuras na rocha revelam lugares onde água quente borbulhou até a superfície, carregando minerais que endureceram em pequenos riachos de cristal. A poucas centenas de metros de distância, nuvens de enxofre sobem do solo ao redor de um galpão do século XIX onde os cowboys e os mineiros costumavam tomar banhos quentes.

A usina, que pertence à empresa de serviços públicos elétricos baseada em Portland, PacifiCorp, foi construída durante um boom geotérmico durante a crise do petróleo dos anos 70. Mas quando suas turbinas começaram a girar em 1984, os preços da energia haviam caído e o boom já estava desaparecendo. A grande maioria das usinas dos EUA ainda em operação hoje remontam aos anos 80 – um fato doloroso para um entusiasta da geotermia como Moore. Sua própria jornada na indústria começou por volta dessa época, quando ele se afastou de uma carreira anterior prospectando depósitos de urânio – então uma indústria em declínio – que inicialmente o levou a Utah de sua cidade natal, Nova York.

Ele considera Blundell especialmente subutilizada, apontando para turbinas que poderiam ser atualizadas para produzir mais energia e locais onde a PacifiCorp poderia perfurar mais poços hidrotermais. “É apenas aversão ao risco”, diz ele. “Eles dizem: ‘Não consigo ver o que está embaixo da terra, então estou cético em relação à perfuração.'” (A PacifiCorp não respondeu aos pedidos de comentários.)

Apenas algumas empresas estão explorando novos locais hidrotermais. Uma delas é a Ormat Technologies, sediada em Reno, que possui e opera mais de 20 usinas geotérmicas em todo o mundo. Paul Thomsen, vice-presidente de desenvolvimento de negócios da empresa, me conta como a Ormat estabeleceu seu negócio comprando usinas existentes e atualizando suas turbinas para extrair mais energia da mesma água quente. Mais recentemente, aproveitando sua experiência desde perfuração até operações de usinas, começou a construir novas usinas.

Porém, é difícil escolher vencedores, mesmo quando há um recurso hidrotermal óbvio para explorar. Cidades desertas no Oeste americano têm se rebelado contra propostas por preocupação de que a água subterrânea seja drenada. E onde quer que os biólogos olhem em fontes termais, eles encontram espécies únicas que merecem proteção. Some a isso os longos processos de licenciamento e os desafios de conectar novas usinas à rede elétrica, e as opções se limitam. A Ormat teve recentemente contratempos em dois de seus locais propostos, por causa da água subterrânea perto do local de Burning Man, em Nevada, e por causa do pequeno sapo de Dixie Valley, uma espécie recentemente listada como ameaçada de extinção.

Os desafios das fontes termais naturais tornaram a criação de fontes termais artificiais ainda mais atraente. Em 2006, o Departamento de Energia (DOE), juntamente com pesquisadores do MIT, publicou um relatório descrevendo um plano para tornar a geotermia uma grande contribuinte para a rede elétrica dos EUA, a fim de ajudar a alcançar metas climáticas. A flexibilidade oferecida pela EGS era o cerne disso. Embora a profundidade em que a rocha fica suficientemente quente varie – mais rasa no Oeste americano do que na Costa Leste, por exemplo – os cientistas acreditavam que poderia ser razoável perfurar em quase todos os lugares, seja para produzir eletricidade ou, em temperaturas mais baixas, água quente para aquecer edifícios.

Em 2014, o DOE começou a procurar um local para servir como campo de testes para o reaproveitamento de ferramentas de petróleo e gás e, quatro anos depois, escolheu o Condado de Beaver como lar do experimento. Pouco depois, a agência calculou que a geotermia poderia satisfazer 8,5% da demanda de eletricidade dos EUA até 2050 – um aumento de 26 vezes em relação aos dias atuais. Tudo o que faltava era a comprovação de que a EGS funcionava.

O poço Forge desce diretamente por cerca de 6.000 pés (1,8 quilômetros), atingindo granito a cerca de dois terços do caminho antes de fazer uma curva de 65 graus e avançar mais quase 5.000 pés (1,5 quilômetros). Entre as paixões de Moore, demonstradas entusiasticamente com movimentos das mãos e diagramas desenhados em guardanapos, está o “campo de tensão” interno do granito que determina como ele se rachará sob pressão.

Compreender esse campo de tensão é essencial. Para uma usina de energia eficiente, as rachaduras devem se estender o suficiente para que a água se mova eficientemente entre os dois poços – mas não muito rápido, diz Teresa Jordan, cientista geotérmica da Universidade Cornell, em Nova York, onde está liderando um projeto de EGS que visa aquecer edifícios no campus com água geotérmica. “Você quer que ela leve seu tempo, passando muito tempo em contato com rochas que a aquecerão”, diz ela. As rachaduras também devem fornecer o máximo de água possível para o segundo poço – e não para fissuras ocultas ao longo do caminho – e também permanecer quentes por anos de uso. Rochas quentes podem esfriar se a água fria bombeada absorver calor mais rapidamente do que o calor do núcleo pode repor. A perda de água e a diminuição do calor desempenharam um papel em falhas anteriores da EGS, incluindo no Novo México na década de 1980 e no sul da Austrália em 2015.

Esses riscos levaram outros a buscar abordagens diferentes, cada uma com suas próprias compensações. Um sistema de “circuito fechado”, por exemplo, envolve a inserção de tubos selados no terreno quente e de volta à superfície, impedindo que qualquer água seja drenada subterraneamente. No entanto, tem sido difícil aquecer o suficiente o líquido que não entra em contato direto com as rochas quentes. Ou talvez se perfure muito fundo – digamos, 12 milhas de profundidade – onde as temperaturas podem exceder 1.650 Fahrenheit (900 graus Celsius), o suficiente para que o calor suba diretamente para a superfície por um único poço. Mas as ferramentas para perfurar a essas profundidades ainda são experimentais. Outros acham que poços de petróleo e gás existentes são a resposta, economizando em custos de perfuração e aproveitando as abundantes ferramentas da indústria para seus próprios poços. No entanto, os poços mais estreitos usados ​​para extrair combustíveis fósseis não são projetados para bombear os volumes vastos de água necessários para uma usina de energia.

Os defensores da EGS argumentam que projetos como FORGE alcançam o equilíbrio certo, adicionando calor e flexibilidade suficientes em relação à geotermia tradicional, ao mesmo tempo em que podem aproveitar métodos de petróleo e gás. Os experimentos mais recentes da EGS são possíveis graças aos avanços na perfuração horizontal e a melhores modelos de fraturamento, diz Tim Latimer, CEO da Fervo, que está trabalhando com FORGE enquanto desenvolve seu próprio projeto de EGS em Nevada. Ele me diz que acredita que as projeções de custos de perfuração geotérmica usadas por investidores de energia estão 15 anos desatualizadas. Durante a perfuração do primeiro poço do FORGE, ele destaca que a equipe demonstrou ser capaz de reduzir pela metade o tempo usando uma nova broca de ponta de diamante, reduzindo os custos totais em 20%.

Para criar um reservatório artificial subterrâneo, é necessário usar fraturamento hidráulico para criar rachaduras que unem dois poços paralelos – um para injetar água fria e o outro para retirar água quente.

Cortesia de Utah FORGE

Por volta das 15h, após nossa caminhada ao redor da usina Blundell, Moore retorna ao local da perfuração e vê McLennan correndo para cumprimentá-lo. Ele tem boas notícias. Primeiro: O tampão suportou a pressão. Moore solta um grande suspiro, mãos nos quadris. “Estou feliz que isso tenha acabado”, diz ele. Mais tarde, depois dos disparos das armas e da injeção de água, uma “nuvem sísmica” de terremotos minúsculos captados pelos geofones restantes, suspensos a menor calor e profundidade, indica que as rachaduras se estendem cerca de 400 pés do poço – a distância certa para se conectar com o segundo poço futuro que irá trazer água aquecida para a superfície. Uma terceira boa notícia é que a nuvem sísmica não pôde ser sentida na superfície.

Isso é especialmente bom para Peter Meier, CEO da Geo-Energie Suisse, um consórcio de energia geotérmica. Ele viajou para Utah vindos da Suíça principalmente para ouvir os geofones. Em 2006, um terremoto de magnitude 3,1 ocorreu após engenheiros em um projeto de EGS suíço tentarem criar um reservatório de água grande demais e perturbarem uma falha não mapeada, danificando casas nas proximidades de Basel. (Um geólogo enfrentou acusações de negligência criminal por seu papel no terremoto, mas foi posteriormente absolvido.) Os governos locais na Suíça têm sido cautelosos com as operações de EGS desde então.

Em 2017, um terremoto ainda maior desencadeado por um projeto de EGS na Coreia do Sul, que feriu 82 pessoas, diminuiu ainda mais as perspectivas do conceito. Mas Meier acredita que esses terremotos foram devido a um planejamento deficiente por parte dos engenheiros – evitáveis com um estudo mais cuidadoso das rochas. Ele vê o FORGE como uma chance de resgatar a reputação do EGS, demonstrando que ele funciona com segurança. “Até termos uma história de sucesso, é uma discussão sobre fraturamento hidráulico, porque basicamente é isso”, diz ele.

O local do FORGE está localizado a leste das Mineral Mountains, aos pés das quais existem fontes termais exploradas por uma usina geotérmica convencional.

Fotografia: Eric Larson/Flash Point SLC

Nesta primavera, Moore voltou para o Condado de Beaver para perfurar o segundo poço. Após quase um ano revisando os dados do fraturamento inicial, ele estava confiante de que o poço de produção, perfurado diretamente através da nuvem de rachaduras do fraturamento, teria sucesso em retirar água. No início deste mês, ele estava certo: Quase 76.000 galões foram injetados no primeiro poço a uma taxa de cerca de 210 galões por minuto e saíram do outro lado mais quentes. Um teste em escala real em 2024 obterá taxas de fluxo mais próximas das necessárias para as usinas comerciais de EGS, que devem circular mais de mil galões por minuto.

Parte da confiança de Moore era saber que ele estava jogando no modo fácil. Por projeto, os dois poços estão muito próximos um do outro para extrair calor substancial para uma usina – o objetivo desta fase era principalmente as ferramentas e técnicas financiadas e testadas ao longo do caminho. Antes do teste, Moore estava animado para me contar sobre os novos dispositivos disponíveis para criar o poço de produção, incluindo perfuração de partículas, em que a rocha é corroída ao atirar pequenas esferas de metal de alta velocidade; um sistema de perfuração rotativo que eles podiam controlar a partir da superfície; e geofones melhorados e mais resistentes ao calor.

No final, os três foram menos úteis do que Moore esperava. A perfuração de partículas e o sistema direcionável acabaram sendo mais problemáticos do que valiam, especialmente em comparação com o sucesso anterior das brocas com ponta de diamante. Os geofones modificados ainda falharam além de cerca de 300 graus Fahrenheit (150 graus Celsius); Moore diz que eles eventualmente mudarão para dispositivos à prova de calor baseados em fibra ótica. Mas esse é o ponto, diz ele, de “minimizar os riscos”. Às vezes, é útil ver o que se quebra.

Há outras razões para se sentir esperançoso. Poucos dias depois da conexão do FORGE, a Fervo divulgou os resultados de seu próprio teste de conexão de 30 dias em Nevada. O resultado, segundo Latimer, é “o projeto geotérmico aprimorado mais produtivo já concluído”, produzindo água quente suficiente para gerar cerca de 3,5 megawatts de eletricidade. Os furos foram perfurados perto de uma usina hidrotérmica existente que tem espaço para mais capacidade e produzirá energia até o final do verão, segundo ele.

“Mostramos que funciona”, diz Latimer. “Agora a questão é quão rapidamente podemos reduzir os custos.” Isso inclui ficar mais quente. Os poços de Nevada da Fervo atingiram temperatura máxima de 370 graus Fahrenheit (190 graus Celsius) – mais quentes, ele ressalta, do que qualquer outro poço de petróleo e gás horizontal nos EUA – e quente o suficiente para provar que suas próprias ferramentas podem ficar um pouco mais quentes da próxima vez. Também há questões cruciais sobre a perfuração, ele acrescenta: a distância ideal entre os poços, os ângulos, a profundidade. “Não é como software onde você pode iterar rapidamente”, diz ele. A indústria precisa de mais experimentos, mais projetos, para descobrir a combinação mais produtiva – cada um deles destinado a ser caro e difícil.

Mais oportunidades para iterar provavelmente estão por vir. A Lei de Redução da Inflação dos EUA injetou dinheiro na infraestrutura de energia verde, adicionando incentivos ao desenvolvimento geotérmico que o aproximam dos existentes disponíveis para energia eólica e solar. Enquanto isso, o Departamento de Energia aumentou sua meta de geração de eletricidade geotérmica em 2050 em 50%, para 90 MW, com base em parte nas perspectivas melhoradas para a tecnologia EGS, e em fevereiro anunciou que gastaria mais US$ 74 milhões em demonstrações piloto de EGS. Nenhum deles provavelmente ficará tão quente quanto o FORGE por enquanto, suspeita Moore. “Acredito que estaremos olhando para temperaturas em que sabemos que as ferramentas funcionam”, diz ele. Mas é um começo.

Alguns podem tentar usar esse calor para aquecimento direto, como o projeto de Jordan em Cornell. Outros podem perfurar na borda de áreas hidrotermais comprovadas, onde o calor é mais acessível. E existem outras abordagens criativas para maximizar a receita. A Fervo e outros propuseram usar seus poços como baterias – bombeando água quando a rede tem energia excedente e depois trazendo-a de volta quente nos momentos mais magros para gerar energia – ou construir usinas ao lado de instalações com alto consumo de energia, como centros de dados ou futuras usinas de remoção de carbono, evitando os desafios de conexão a uma rede elétrica sobrecarregada.

Escalar a partir daí exigirá muito mais investimento. E ainda está por ver até que ponto os investidores, especialmente no setor de petróleo e gás, irão assumir o desafio. Este ano, a Fervo recebeu um investimento de US$ 10 milhões da empresa de petróleo e gás Devon Energy, pioneira do fracking. No mês passado, a Eavor, uma startup geotérmica de circuito fechado, anunciou que a BP Ventures liderou sua última rodada de financiamento. “De zero a algo”, diz Henning Bjørvik, que acompanha a indústria geotérmica na Rystad, a consultoria de energia. Mas o petróleo e o gás ainda são tanto concorrentes – por equipamentos, conhecimento e terras – quanto amigos da geotermia, e os compromissos com energia limpa podem se mostrar volúveis quando os preços dos combustíveis fósseis começam a subir. O que os investidores precisam ver, diz Bjørvik, é que essa indústria embrionária pode ser escalada para centenas ou milhares de usinas – com potencial de lucro suficiente para compensar os riscos de qualquer projeto individual fracassar.

O caminho para fazer isso, acredita Moore, é continuar mostrando como as coisas podem ficar um pouco mais quentes. A conclusão da pesquisa no segundo poço do FORGE esgotará sua atual concessão do Departamento de Energia em 2025, mas ele solicitou novos financiamentos para perfurar poços mais distantes – e, é claro, testar novas ferramentas em temperaturas cada vez mais altas. Até então, ele terá um novo vizinho. A plataforma para o próximo projeto da Fervo já é visível a partir do local do poço do FORGE – o início do que se pretende ser uma usina de energia em escala total.

Se tudo correr conforme o planejado, ela produzirá 400 megawatts de energia, diz Latimer, o suficiente para abastecer 300.000 residências. Era lógico, diz ele, perfurar na sombra de FORGE e Blundell. O local foi extensivamente pesquisado e possui interconexões de rede para transportar eletricidade para os clientes iniciais da Fervo na Califórnia. O objetivo é a energia geotérmica em qualquer lugar. Por enquanto, faz sentido começar aqui.

• climate
• climate change
• Earth Science
• Energy
• Geology