Estados Unidos. El Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) anuncia una financiación de 19 millones de dólares durante cuatro años para un nuevo centro de investigación para desarrollar revestimientos para pozos geotérmicos.
El Centro está dirigido a explorar las propiedades químicas y mecánicas de los compuestos de cemento y otros materiales utilizados en sistemas geotérmicos mejorados (EGS).
El Centro de quimicomecánica acoplada de compuestos cementosos para EGS (C4M), uno de los 11 centros de investigación Energy Earthshot (EERC) que acaba de anunciar el DOE como parte de su iniciativa Energy Earthshots, estará ubicado en el Departamento de Ciencias Interdisciplinarias del DOE. Laboratorio Nacional de Brookhaven.
La investigación allí y en instituciones asociadas informará el diseño de variedades de compuestos de cemento, revestimientos y otras barreras respetuosas con el medio ambiente diseñadas para proteger los pozos geotérmicos. El objetivo final es ampliar el uso de esta forma de energía abundante y sostenible.
"Nuestros Energy Earthshots son esfuerzos revolucionarios para liberar las tecnologías de la transición a la energía limpia y hacerlas accesibles, asequibles y abundantes", afirmó Jennifer M. Granholm, secretaria de Energía de Estados Unidos.
"Los Centros de Investigación Energy Earthshot y el trabajo relacionado que se lleva a cabo en los campus universitarios de todo el país serán fundamentales para desarrollar las soluciones de descarbonización y energía limpia que necesitamos para establecer una red 100% limpia y vencer el cambio climático".
La científica de materiales de Brookhaven Lab, Tatiana Pyatina, que dirige el esfuerzo de investigación de materiales geotérmicos en Brookhaven Lab y dirigirá el nuevo C4M EERC, apuntó: “La energía geotérmica tiene el potencial de transformar el calor abundante atrapado en las profundidades del subsuelo en gigavatios de electricidad para alimentar a millones de hogares estadounidenses".
"Es renovable, tiene una huella geográfica pequeña y, a diferencia de otras energías verdes (como la eólica y la solar), está disponible las 24 horas del día”, aseveró.
Pero hay algunos puntos conflictivos. Los materiales utilizados para construir los pozos, incluidos los compuestos de cemento que sostienen y aíslan las carcasas metálicas en forma de tuberías que transportan los fluidos calentados por la Tierra desde las profundidades subterráneas hasta la superficie, deben soportar temperaturas extremas y condiciones corrosivas y durar muchos años.
Los sistemas geotérmicos mejorados, que fuerzan más fluido del que está naturalmente presente a través de rocas subterráneas calientes para aumentar la extracción de calor, experimentan tensiones termomecánicas aún mayores. Estos estrictos requisitos de materiales pueden aumentar los costos de construcción.
Además, el cemento que se utiliza actualmente en los compuestos de soporte de pozos es un emisor extremo de dióxido de carbono (CO2). Casi una libra de gas que atrapa el calor se libera por cada libra de cemento producida mediante reacciones químicas de fabricación del cemento y el uso de combustibles fósiles para impulsar el proceso.
“Por lo tanto, para aprovechar el potencial de la energía geotérmica, es esencial diseñar racionalmente materiales de construcción de pozos sostenibles y rentables con una huella neta de CO2 cero. Nuestra esperanza es que esta investigación logre nuestro objetivo de desarrollar materiales con emisiones netas de CO2 cero que reduzcan el costo de los sistemas geotérmicos mejorados en un 90 % para 2035”, continuó Pyatina.
Para lograr ese objetivo, el equipo de C4M llevará a cabo estudios exhaustivos de las propiedades químicas y mecánicas de nuevas formas de materiales compuestos cementosos. Sus objetivos son comprender los cambios químicos que tienen lugar en estos materiales bajo alta temperatura y presión para poder diseñar compuestos fiables y duraderos para su uso en entornos subterráneos extremadamente desafiantes.
Al cuantificar los efectos de estos cambios químicos en el rendimiento de los materiales, aprenderán a controlar la solidificación y las transformaciones de estos materiales para que puedan utilizarse de forma exitosa y económica en la construcción y operación de pozos.
Para garantizar la durabilidad del pozo, el equipo buscará identificar materiales con fases minerales geológicamente estables. También investigarán el uso de recubrimientos inorgánicos que hacen que los revestimientos de pozos en forma de tubería sean más resistentes a altas temperaturas y ambientes agresivos. Algunos recubrimientos pueden proteger tan bien las carcasas metálicas que ya no sería necesario el cemento.
El equipo utilizará experimentos de laboratorio y modelos computacionales para dilucidar y predecir el rendimiento de estos nuevos cementos y materiales compuestos desde la escala atómica hasta la macroscópica y durante un período de tiempo que oscilará entre segundos y años.
Esperan utilizar la información identificada a través de estos estudios y el uso de inteligencia artificial y computación de alto rendimiento para diseñar materiales avanzados con larga durabilidad para aplicaciones geotérmicas.
