A energia geotérmica, uma fonte quase ilimitada de energia, está literalmente borbulhando sob nossos pés. No entanto, o desafio é como acessar essa energia. Em lugares como a Islândia, onde existem mais de 200 vulcões e dezenas de fontes termais naturais, aproveitar essa energia não é difícil. A Islândia agora aquece com essa energia geotérmica, enquanto 25% da eletricidade do país também vem de usinas que aproveitam esse calor do subsolo.
A energia geotérmica oferece uma fonte de energia verde essencialmente inesgotável em todo o planeta. E está "sempre ligada", ao contrário da energia eólica ou solar, já que o calor é continuamente emitido do núcleo fundido da Terra e do decaimento de elementos radioativos naturalmente ocorrentes na crosta do nosso planeta.
Atualmente, apenas 32 países no mundo têm usinas de energia geotérmica em operação. Existem menos de 700 usinas de energia em todo o mundo, gerando menos da metade da quantidade de energia eólica sozinha e muito aquém das estimativas para a contribuição potencial que a geotérmica poderia fazer para a mistura global de energia.
No entanto, nem todos os países têm a sorte da Islândia, onde reservatórios de água quente a temperaturas de cerca de 200C são facilmente acessíveis. Em outras áreas do país, poços profundos fornecem acesso a temperaturas de até 350C.
Uma das razões pelas quais a geotérmica não é mais difundida é o custo necessário para extrair essa energia. Mas fisicamente alcançá-lo também tem sido além de nós até agora.
Para outras partes do mundo desfrutarem de uma parte dessa bonança de energia geotérmica limpa, precisamos perfurar mais fundo para alcançar as temperaturas necessárias para gerar eletricidade ou fornecer aquecimento em grande escala para bairros próximos.
Em todo o planeta, a temperatura aumenta em média 25-30C a cada quilômetro que você desce pela crosta da Terra. No Reino Unido, por exemplo, a temperatura subsuperficial é de cerca de 140C, de acordo com o British Geological Survey.
Perfure o suficiente, no entanto, e é possível alcançar um ponto onde as temperaturas da água ultrapassam 374C a pressões acima de 220 barras. Este é o ponto onde a água entra em um estado de energia intensa conhecido como supercrítico, onde existe em uma forma que é nem líquida nem gasosa. Quanto mais quente e mais pressurizado, maior a energia que contém.
Na verdade, um único poço geotérmico superquente poderia produzir 10 vezes a energia que os poços geotérmicos comerciais produzem hoje, de acordo com o NREL.
Um grande obstáculo, no entanto, é que as brocas rotativas convencionais - mesmo aquelas pontiagudas com diamante - não estão equipadas para escavar as profundidades necessárias para acessar esses tipos de temperatura. No misterioso submundo profundo de geologia incerta, temperaturas extremas e enormes pressões, as brocas rotativas convencionais têm dificuldade em manter a integridade estrutural, enquanto mantêm a eficiência de perfuração.
Em 2009, por exemplo, uma equipe que trabalhava no Projeto de Perfuração Profunda da Islândia inadvertidamente tocou condições supercríticas quando perfurou uma rocha vulcânica, cerca de 2 km abaixo da superfície. O vapor superaquecido emitido por este poço era poderoso o suficiente para gerar 36 MW de energia elétrica. As altas pressões e temperaturas envolvidas também tornaram difícil de controlar, e teve que ser selado após uma falha na válvula.
A perfuração profunda também pode ser um processo extremamente caro. O NREL estima que o custo de perfuração de um poço geotérmico de 5 km de profundidade é de cerca de $2m (£1.57m), enquanto a perfuração de quatro vezes essa profundidade pode custar entre $6m-$10m (£4.7m a £7.87m) com a tecnologia atual.
No entanto, a energia geotérmica profunda poderia fornecer um retorno sobre o investimento significativamente maior em comparação com a geotérmica convencional, devido às temperaturas e pressões mais altas que podem ser acessadas mais profundamente na crosta da Terra. Alguns estudos sugeriram que a energia geotérmica profunda poderia fornecer aquecimento para comunidades a um custo comparável ao de fontes de energia convencionais, como o gás, mas com emissões de carbono significativamente menores.
Com isso em mente, alguns pesquisadores e empresas pioneiras estão recorrendo a novos tipos de brocas e técnicas de perfuração para perfurar alguns dos buracos mais profundos já criados na esperança de trazer energia geotérmica para partes do mundo que nunca pensaram que era possível.
Quaise Energy, uma spin-off do Massachusetts Institute of Technology (MIT), por exemplo, está planejando perfurar buracos tão profundos quanto 20 km para acessar temperaturas de 500C ou mais. Para fazer isso, eles estão recorrendo a uma ferramenta que se baseia em anos de pesquisa em energia de fusão nuclear. "Enquanto outros estão colocando pás no chão, estamos colocando micro-ondas no chão pela primeira vez", diz o co-fundador da empresa, Matt Houde.
Ele e seus colegas estão experimentando feixes de energia direcionados de ondas milimétricas que vaporizam até a rocha mais dura. Ele concentra energia de ondas milimétricas semelhantes a micro-ondas, mas em uma frequência mais alta em um segmento de rocha, aquecendo-o até 3.000C para que ele derreta e vaporize. Ao direcionar o feixe para que ele perfure a rocha, os buracos podem ser criados sem os detritos e a fricção criados pelas técnicas de perfuração tradicionais.
"Perfuração de ondas milimétricas é um processo que pode operar em grande parte independente da profundidade", diz Houde. "E a energia de ondas milimétricas também pode transmitir através de ambientes sujos e empoeirados."
A tecnologia cresceu a partir de experimentos de plasma de fusão nuclear conduzidos por Paul Woskov, engenheiro do Plasma Science and Fusion Centre do MIT. A energia direcionada de ondas milimétricas tem sido explorada como uma maneira de aquecer o plasma em reatores de fusão nuclear desde a década de 1970, mas há alguns anos Woskov encontrou outro uso para a tecnologia. Ele começou a usar energia de ondas milimétricas gerada por um dispositivo conhecido como girotron para perfurar rochas.
Mas até agora a tecnologia só foi testada em laboratório, perfurando buracos rasos em amostras relativamente pequenas de rocha, mas a empresa afirma que pode perfurar buracos de até 20 km de profundidade. Embora isso seja significativamente mais profundo do que a maioria dos poços geotérmicos atuais, existem outros benefícios, pois a "broca" não está fisicamente moendo a rocha, ela não deve se desgastar ou precisar ser substituída. A Quaise Energy agora está na fase final de testes de laboratório da tecnologia de ondas milimétricas antes de iniciar os testes de campo no início de 2025.
No entanto, transferir a tecnologia de perfuração de ondas milimétricas do laboratório para uma operação de perfuração em grande escala ainda será um desafio.
"Eles nunca foram usados antes no ambiente subsuperficial profundo de alta pressão", diz Woskow. "Mudanças devido à intensa interação energia-matéria aplicada à perfuração requerem uma nova curva de aprendizado."
A GA Drilling, com sede na Eslováquia, por outro lado, está explorando uma tecnologia de perfuração de alta energia diferente para perfurar a crosta da Terra. Está usando uma broca de plasma pulsado, baseada em descargas elétricas de alta energia muito curtas que desintegram a rocha sem causar sua fusão. Isso evita a criação de qualquer rocha fundida viscosa, que pode ser difícil de remover e pode impedir que as brocas penetrem mais. "Como o processo é muito rápido com choques curtos desmoronando a rocha, não há tempo para a formação de fusão - então a necessidade de puxar e substituir a broca é muito reduzida", diz Igor Kocis, CEO e presidente da GA Drilling. "Cinco a oito quilômetros é um alvo para nosso programa de desenvolvimento atual - e mais tarde 10km ou mais", acrescenta. "Essas profundidades permitirão acesso quase universal à energia geotérmica."
A pesquisa em brocas de plasma pulsado - usando pulsos de energia muito curtos que desintegram a rocha usando gás ionizado tão quente quanto 6.000C - é outra avenida sendo explorada por um grupo de pesquisa com parceiros na Alemanha e na Suíça.
A GA Drilling também colaborou com Konstantina Vogiatzaki, professora associada de ciências da engenharia na Universidade de Oxford, para adaptar matemática avançada olhando como os fluidos supercríticos podem ser controlados ao tocar fontes de energia terrestres profundas acessadas via perfuração de plasma. "Trabalhamos na definição do sistema de combustão ideal para uma ferramenta de perfuração em grande escala, abrindo novos horizontes no controle da combustão de ultra-alta pressão através da perfuração de plasma", diz Vogiatzaki.
Outros estão olhando além de nosso próprio planeta para maneiras de nos ajudar a perfurar nele. A tecnologia desenvolvida para a exploração espacial, onde as condições extremas são a norma, está sendo adotada por empresas de perfuração geotérmica. Ozark Integrated Circuits - um fabricante de eletrônicos com sede em Fayetteville, Arkansas - tem adaptado circuitos capazes de resistir a temperaturas extremas que podem ser usados em plataformas de perfuração geotérmica de terra profunda.
Por sua vez, o NREL tem usado a inteligência artificial para analisar ambientes subterrâneos complexos para tentar encontrar os melhores lugares para perfurar água supercrítica, bem como ajudar a prever e detectar falhas com brocas antes que causem problemas maiores.
E algumas empresas já estão fazendo incursões na Terra profunda. A empresa geotérmica Eavor disse à BBC que em 2024 atingiu uma profundidade de 5 km com dois poços verticais em um local em Gerestried, Baviera, Alemanha. Ela tem usado duas das maiores plataformas de perfuração terrestres da Europa em um esforço para criar um sistema de circuito fechado que visa trazer calor geotérmico à superfície circulando água dentro de um design de circuito fechado que chama de Eavor Loop. O sistema funciona como um radiador gigante, com água fria no circuito sendo aquecida no subsolo e depois voltando à superfície, onde será usada para aquecer edifícios e gerar eletricidade. Eavor espera começar a gerar energia no local no primeiro semestre de 2025, diz John Redfern, CEO e presidente da Eavor.
"Nossa tecnologia está procurando perfurar até 11 km no futuro", diz a geóloga e co-fundadora da Eavor, Jeanine Vany. "Acredito que podemos fazer progressos significativos para desbloquear rochas superquentes nos próximos três a cinco anos."
Sua abordagem de circuito fechado também ajuda a evitar alguns dos problemas de contaminação que podem ocorrer quando a água superaquecida é extraída de poços geotérmicos profundos - como o Projeto de Perfuração Profunda da Islândia descobriu em 2009. Também pode ajudar a reduzir as emissões de gases de efeito estufa, como o dióxido de enxofre, que os sistemas geotérmicos de circuito aberto podem emitir.
Vany também aponta que a energia geotérmica profunda não precisa de muito espaço na superfície, o que significa que poderia ser encaixada em locais urbanos no futuro.
Mas existem outros problemas a serem superados. Ainda não está claro quão fácil será manter poços geotérmicos profundos e sistemas de circuito fechado.
O impulso para aproveitar a energia geotérmica profunda também pode dar nova vida às envelhecidas usinas de combustíveis fósseis à medida que os países procuram reduzir suas emissões de carbono. A adaptação de usinas de energia a vapor poderia ser uma maneira de dar aos geradores movidos a vapor uma segunda vida e ajudar a acelerar a construção de usinas geotérmicas, aproveitando as linhas de transmissão de eletricidade existentes. Woskov identificou usinas de energia a vapor desativadas, que ele espera que possam ser reabertas para gerar eletricidade a partir do calor profundo do subsolo.
Haveria uma certa poesia nessa mudança - uma usina de energia que já funcionou com um combustível sujo retirado do solo encontrando nova vida na revolução da energia limpa com uma fonte de energia ainda mais profunda no subsolo.
A questão é - eles serão capazes de perfurar fundo o suficiente?
--.jili.