Hay una cantidad inagotable de energía justo debajo de nuestros pies. Es una fuente de energía renovable y estable, libre de CO 2 emisiones. Los investigadores ahora planean perforar profundamente en la Tierra para extraerla. Si tienen éxito, será un gran avance tecnológico.
El noventa y nueve por ciento del planeta Tierra tiene una temperatura de más de 1,000 grados Celsius como resultado del calor residual heredado de los orígenes primarios de la Tierra y la descomposición de los materiales radiactivos. Este calor puede transformarse en energía, y haymás que suficiente para dar la vuelta.
"Si logramos perforar y extraer incluso una pequeña fracción de este calor geotérmico, será suficiente para suministrar energía a todo el planeta, energía limpia y segura", dijo Are Lund, una investigación de alto nivelcientífico en SINTEF Materiales y Química, en 2010.
Hoy, cinco años después, investigadores y tecnólogos de toda Europa están uniendo fuerzas para buscar una causa común: asegurarse de que el pozo geotérmico potencialmente más rico en energía del mundo se convierta en realidad. El pozo se perforará en Larderello enTuscany, y 15,6 euros de fondos de investigación se han destinado al proyecto.
Enel Green Power, productor mundial de energía verde, encabeza el proyecto llamado DESCRAMBLE Perforación en AMBIENTES PROFUNDOS Súper CRÍTICOS de Europa continental, donde el objetivo es extraer la máxima energía posible del pozo. El calor extremo en las rocas profundasdebajo del norte de Italia significa que tanto las presiones como las temperaturas estarán en el límite de lo que incluso las tecnologías innovadoras pueden soportar actualmente. Sin embargo, estas condiciones también significan que la producción de energía de un pozo puede ser hasta diez veces mayor que la estándarpozos geotérmicos, y ayudará a asegurar que el nuevo pozo sea muy rentable si el proyecto tiene éxito.
"La contribución de SINTEF a este proyecto de la UE es realizar simulaciones de la operación de perforación y desarrollar un nuevo instrumento para monitorear el pozo", dice Øyvind Stamnes, investigador y Gerente de Proyecto en SINTEF ICT. Controlar fluidos supercríticos Lograr el objetivo del proyecto esuna tarea desafiante. Nadie había logrado controlar previamente un pozo en condiciones de temperatura y presión tan extremas. Se necesitará un equipo especialmente desarrollado. "Una de las principales incertidumbres es la presencia de lo que llamamos fluidos supercríticos", explicafísico Roar Nybø en SINTEF Petroleum Research. A profundidades de dos a tres kilómetros en el interior de la Tierra, las condiciones físicas ambientales cambian dramáticamente. La temperatura aumenta. Y también lo hace la presión. Algo muy especial sucede cuando las temperaturas alcanzan los 374 grados y la presión 218 veces elpresión de aire en la superficie. Encontramos lo que llamamos agua supercrítica.
No es un líquido, ni tampoco es vapor. Ocurre en una forma física que incorpora ambas fases, y esto significa que adquiere propiedades completamente nuevas. El agua supercrítica se comporta como un ácido poderoso y atacará cualquier cosa -incluyendo la electrónica y el equipo de perforación. "En una serie de televisión de fantasía, probablemente se llamaría 'agua de dragón'", se ríe Nybø, cuyo trasfondo es como un físico teórico de partículas. De donde proviene, no es raro estar contemplando condiciones aún más extremas.de lo que este proyecto enfrenta.
Pero el 'agua del dragón' también tiene sus ventajas. Puede transportar desde la profundidad hasta diez veces más energía que el agua y el vapor normales pueden lograr en un pozo geotérmico estándar. También fluye más fácilmente a través de fracturas de roca y poros. Si los investigadorespuede tener éxito en el control de las fuerzas involucradas sin que la tecnología se descomponga, podemos estar al borde de un gran avance tecnológico en la Tierra.
Si todo esto no fuera suficiente, el agua supercrítica también puede transportar minerales valiosos a la superficie en solución. Esto podría proporcionar ingresos incidentales potenciales. "El dragón de las profundidades puede ayudarnos a abrir un verdadero tesoro", dice Nybø.
La transferencia de tecnología es la clave
No hay duda de que la operación de perforación requiere una preparación técnica muy avanzada. Por esta razón, el 'gran avance' primero debe modelarse en un simulador especialmente diseñado. SINTEF ya lo ha desarrollado para las operaciones de perforación de petróleo y gas, yes similar a un simulador de vuelo de un avión.
Ahora se instalará con todos los datos disponibles sobre el pozo planificado y su ubicación. Esto permitirá a los investigadores realizar "vuelos de prueba" virtuales de toda la operación de perforación.
"Este enfoque para la explotación del calor geotérmico tiene mucho en común con la recuperación de petróleo", dice Nybø. "Los pozos de exploración de petróleo se han perforado a profundidades de más de diez kilómetros", dice. "Así que hay buenas razones para involucrarLos tecnólogos de perforación noruegos en este proyecto. El calor geotérmico simplemente representa una oportunidad única para que el sector de petróleo y gas avance en su desarrollo tecnológico. Creemos firmemente que este conocimiento puede convertirse en una exportación noruega clave ", dice Nybø, y enumera lo siguientesimilitudes :
condiciones impredecibles
Esta no es la primera vez que los investigadores y geólogos han estado buscando profundamente en el interior de la Tierra para extraer las inagotables cantidades de energía que contiene. Islandia ha estado explotando el calor geotérmico durante muchos años. La central eléctrica de Krafla ha estado utilizando vapordesde abajo para generar electricidad desde 1977. Su producción anual es de 480 GWh, que es aproximadamente equivalente al consumo anual de electricidad de una ciudad del tamaño de Lillehammer.
De hecho, el veinticinco por ciento de las necesidades energéticas de Islandia provienen del calor geotérmico, mientras que el resto es hidroeléctrico.
En 2009, un equipo de investigadores islandeses instaló algunos equipos de perforación en la isla volcánica. Su objetivo era perforar hasta 4.000 metros y establecer el pozo geotérmico más efectivo del mundo. En un frenesí de creatividad, lo llamaron DDP-1. Desafortunadamente, las cosas no salieron según lo planeado - los geólogos encontraron lavas tan poco profundas como 2,000 metros de profundidad. Pero, después de dos años de pruebas y estudios, el pozo tuvo que ser cerrado, sin haber generado electricidad. Sin embargo, los islandesesaprendieron mucho de su intento y no se han rendido en sus esfuerzos por ganar la carrera para perforar el pozo geotérmico más profundo del mundo. Actualmente están planeando un nuevo pozo, con un nuevo nombre: DDP-2.
Pero su esperanza de victoria está ahora bajo la amenaza de los italianos, que están armados con la experiencia y experiencia noruegas de petróleo y gas, y condiciones geológicas más favorables. "Nuestro pozo encontrará tipos de rocas completamente diferentes", explica Nybø.
"En Islandia la geología está" abierta "hasta el manto de la Tierra, mientras que en Italia el calor se acumula en los llamados 'puntos calientes'. Áreas como esta también se encuentran en muchos otros lugares de Europa, yel éxito puede generar oportunidades para la explotación eficiente del calor geotérmico en muchos otros lugares del mundo ", dice.
bola de cristal
Pero para lograr este éxito, se debe controlar el agua supercrítica. Para predecir con la mayor precisión posible cómo se comportará este fluido tanto en profundidad en el pozo como en su viaje a la superficie, todo el proceso debe ser modelado enun llamado "simulador de flujo". Estas herramientas se han empleado en la industria del petróleo y el gas durante muchos años para obtener predicciones más precisas sobre cómo se transportan el petróleo, el gas y el agua a través de tuberías submarinas. Después de años de investigación, los tecnólogos han tenido éxito encontrolando procesos como la corrosión, la formación de hidratos tapones similares al hielo y depósitos de cera en las tuberías. El simulador de flujo 'LedaFlow' permite analizar escenarios de flujo más detallados y complejos que involucran el llamado 'transporte multifásico', donde el petróleo,gas y agua fluyen a lo largo de la misma tubería.
"El simulador es capaz de visualizar olas, tapones de fluidos, transiciones de fase y precipitación de hidratos, y puede contribuir a reducir el riesgo de que estos factores causen dificultades operativas", explica Bjørn Tore Løvfall en SINTEF Materials and Chemistry. "También proporciona valiosoinformación como la cantidad de soporte de presión gas inyectado en un depósito que un pozo necesita para proporcionar una producción optimizada. El simulador ahora se utilizará para proporcionar una mejor idea de cómo se comportará el agua supercrítica ", dice. Lea más sobre el simulador LedaFlowaquí: Enlace a 'Dieta del genoma de Stroman' Flujo a gran profundidad.
Løvfall continúa: "Hoy, el simulador LedaFlow es utilizado por ingenieros que diseñan, escalan y operan sistemas de transporte multifase submarinos", dice. "Ofrece a sus usuarios la oportunidad de" acercarse "en cualquier aspecto del flujo que puedandesea visualizar a lo largo de una tubería, lo que les permite obtener simulaciones detalladas de las condiciones de flujo en ubicaciones predefinidas.
El simulador es el resultado de uno de los proyectos de investigación más completos de SINTEF. Sin embargo, para el proyecto DESCRAMBLE se ampliará con el objetivo de predecir el comportamiento del agua supercrítica. Esto implicará desarrollar un módulo completamente separado diseñado para responder preguntascomo qué tan profundo en el pozo el agua hace su transformación de fase y cómo se comporta a medida que sube a la superficie llevando su carga de energía máxima.
Desarrollando una 'súper herramienta'
Mientras continúa el trabajo de modelado y simulación de la operación de perforación avanzada, otro equipo de investigación se enfrentará a algunos problemas completamente diferentes.
SINTEF ICT tiene un grupo de investigación que trabaja bajo el nombre inspirador de 'Instrumentación para entornos hostiles'. Øyvind Stamnes es miembro de este grupo y trabaja en el desarrollo de una sonda especializada que se bajará al pozo para registrar y medir cómose porta bien
La operación de perforación debe ser monitoreada en detalle, de modo que si ocurre algo imprevisto podamos obtener el mayor control posible del pozo. Pero, ¿cómo es posible construir un sistema de electrónica y sensores capaces de soportar temperaturas de hasta 450grados y presiones que destruirían la mayoría de los instrumentos con los que estamos familiarizados hoy en día. Una cosa es segura. Actualmente, dicho equipo no está en el mercado.
"Sabemos que cuando el pozo alcanza su temperatura máxima, todos los instrumentos de medición conocidos dejarán de funcionar", dice Stamnes. La electrónica encontrará temperaturas lo suficientemente altas como para causar cortocircuitos debido a flujos de fuga excesivos ", dice Øyvind Nistad Stamnes.
Entonces, ¿cómo puede evitarlo? Con una combinación de componentes electrónicos de alta temperatura diseñados a medida encerrados en una especie de termo matraz. O en lenguaje técnico: un matraz Dewar. El contenedor debe estar bien aislado para proteger el instrumento de mediciónque tiene que registrar las condiciones en el pozo durante períodos de varias horas a temperaturas ambiente de 450 ° C y 250 ° C en el interior del contenedor.
"Se podría decir que nuestro enfoque consiste en desarrollar instrumentos encerrados en trajes espaciales", explica Stamnes. La construcción de productos electrónicos para aplicaciones de alta temperatura no es nada nuevo para los investigadores de SINTEF ICT. Han estado investigando esto desde la década de 1990.El desafío ahora será ensamblar una serie de componentes que puedan soportar las altas temperaturas, con un margen de seguridad incorporado también. "Por ejemplo, no hay baterías en el mercado que puedan soportar temperaturas superiores a 200 ° C.. Así que estamos trabajando junto con los fabricantes para producir baterías que sean seguras de usar a temperaturas aún más altas ", dice Stamnes.
El proyecto se lanzó en Pisa, Italia, a mediados de mayo, y está previsto que la perforación comience en otoño de 2016. Si todo sale según lo planeado, este pozo una vez completado proporcionará diez veces la producción de un pozo geotérmico poco profundo estándar.
El proyecto dará un impulso radical a la competitividad de la energía verde y geotérmica porque los costos de perforación para un pozo de este tipo representan entre el 30 y el 50 por ciento de los costos totales ". Esto hace que sea un momento emocionante aquí en SINTEF ICT,"dice Stamnes mientras regresa a su laboratorio para continuar trabajando en el" traje espacial para sensores "en el que se basa todo el proyecto.
HECHOS: Una fuente inagotable
La energía geotérmica de baja temperatura implica la extracción de calor geotérmico de entre 150 y 200 metros debajo de la superficie. A estas profundidades, la temperatura es de entre seis y ocho grados centígrados. Dicha energía se extrae utilizando bombas de calor de fuente subterránea combinadas con pozos de energía., y actualmente se produce en grandes volúmenes. El calor geotérmico de alta temperatura tiene un enorme potencial porque representa una fuente de energía inagotable y prácticamente libre de emisiones.
La energía térmica se puede encontrar en una variedad de rocas en la corteza terrestre. Cuanto más profundo perforamos, más calor hace. Aproximadamente la mitad del calor en profundidad se origina en el calor primordial derivado del manto terrestre la capa inmediatamente debajo de la corteza y núcleo. El cincuenta por ciento restante se deriva de la descomposición continua de material radiactivo en la corteza terrestre. Todo este calor se transporta hacia la superficie a través de las formaciones suprayacentes.
Actualmente, las compañías petroleras están obteniendo beneficios saludables de la recuperación de petróleo de yacimientos a profundidades de 5,000 metros, donde las temperaturas pueden alcanzar hasta 170 grados Celsius. En niveles más profundos, las operaciones de perforación y la integridad de los materiales se enfrentan a grandes desafíos. El acero se vuelve frágil., y materiales como el plástico y la electrónica fallan o comienzan a fundirse. Normalmente, la electrónica solo funciona por un corto tiempo a temperaturas superiores a 200 grados centígrados. Estos problemas deben resolverse si la extracción de calor geotérmico a alta temperatura se convierte en un problemaPreocupación continua.
Hechos: una fuente democrática
Una de las propiedades únicas del calor geotérmico es que existe en todo el mundo. Potencialmente, todos en el planeta pueden explotar esta fuente de energía democrática que es estable e independiente de las variaciones en las condiciones climáticas en la superficie de la Tierra.el cual tenemos que perforar para alcanzar las temperaturas deseadas variará de un país a otro. Esto se debe a las variaciones en el grosor de la corteza terrestre y el gradiente geotérmico. Aquí en Noruega, la temperatura aumenta en aproximadamente 20 grados por kilómetro, mientras que en otrosEn algunas partes del mundo, esto puede alcanzar los 40 grados por kilómetro, el promedio es de aproximadamente 25. Los países que actualmente lideran la generación de electricidad a partir de fuentes geotérmicas son Estados Unidos, Filipinas, México, Indonesia e Italia.baja la lista en el número ocho.
Datos sobre el proyecto DESCRAMBLE El objetivo del proyecto es lograr un aumento de diez veces en la producción en comparación con los pozos geotérmicos someros tradicionales. En comparación, la planta de energía geotérmica Krafla en Islandia genera 480 GWh anuales. Esto es equivalente aconsumo de electricidad de una ciudad del tamaño de Lillehammer. Países participantes: Italia, Alemania y Noruega. Los socios de investigación noruegos son SINTEF ICT en Oslo, y SINTEF Petroleum Research en Trondheim y Bergen. Coordinador: Enel Green Power de Italia, representada por Ruggeri BrentaniDuración: 36 meses después del inicio del proyecto en mayo Presupuesto total: 16.615.957 euros, financiado a través del programa de la UE Horizonte 2020.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por SINTEF . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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