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O calor geotérmico oferece uma fonte promissora de energia renovável com quase zero emissões, mas continua a ser uma opção relativamente cara para gerar eletricidade. Uma nova técnica proposta por cientistas da Penn State pode ajudar a prevenir “curtos-circuitos” que podem fazer com que as usinas geotérmicas interrompam a produção, melhorando potencialmente a eficiência da energia geotérmica, disseram os pesquisadores.
Eles publicaram o trabalho na revista Energia.
“A percepção pública da energia geotérmica é que, uma vez que é renovável, deveríamos ser capazes de produzir a partir destes recursos infinitamente”, disse o co-autor Arash Dahi Taleghani, professor de engenharia de petróleo na Penn State. “Na prática não funciona assim. Aqui propusemos uma solução que poderia ajudar a superar um grande desafio na área.”
Sistemas geotérmicos aprimorados envolvem a injeção de água fria em rochas quentes e secas nas profundezas do subsolo. A água atravessa fraturas na rocha e aquece, e os poços de produção bombeiam o líquido aquecido para a superfície, onde uma usina o transforma em eletricidade.
No entanto, fracturas largas podem permitir que grandes volumes de água se movam demasiado rapidamente para aquecerem suficientemente antes de chegarem aos poços de produção. O líquido de produção mais frio afeta a eficiência da usina e pode comprometer a economia do projeto, disseram os cientistas.
“Com esses projetos, você pode obter avanços em água fria”, disse Dahi Taleghani. “Basicamente, a água toma um atalho ao passar pelo reservatório. E como a água não tem chance de esquentar, ela pode basicamente causar um curto-circuito no sistema.”
Os produtores tentam evitar esses atalhos antes que eles se formem, ajustando a quantidade de água que circula pelo sistema ou potencialmente interrompendo a produção periodicamente, disseram os cientistas. Isto significa que a planta não pode produzir continuamente, o que seria um grande benefício do calor geotérmico em relação a outras fontes de energia renovável, como a solar e a eólica.
Em vez disso, os pesquisadores propuseram adicionar materiais ou produtos químicos ao líquido bombeado para o reservatório que controlaria autonomamente o fluxo de dentro da própria rocha. O processo, denominado técnica de ajuste de condutividade de fratura, envolve a adição de materiais que podem alterar as propriedades com a temperatura, dificultando a água fria e permitindo que a água quente flua através das fraturas.
“Todas essas coisas estão acontecendo dentro da rocha – não temos acesso, e é tão quente e a pressão é tão alta que não é possível ter uma válvula ou sensor ali”, disse Dahi Taleghani. “Mas com esse método podemos adicionar algo que basicamente atua como um regulador autônomo, reduzindo a passagem de fluido por cada fratura quando algumas partes do reservatório esfriam e liberando-o se estiver quente”.
O objetivo é distribuir o fluxo de maneira mais uniforme pelo reservatório para varrer mais calor das rochas para os poços de produção e evitar atalhos que permitam que a água mais fria corra para os poços de produção enquanto o calor permanece em porções subutilizadas do reservatório, disseram os cientistas. .
Usando técnicas de modelagem, a equipe descobriu que o processo poderia aumentar a extração cumulativa de calor em um local geotérmico aprimorado em mais de 65% ao longo de 50 anos de produção e poderia evitar o aparecimento precoce de descobertas de água fria.
“Essas descobertas confirmam melhorias significativas na energia que pode ser colhida usando esta técnica”, disse o coautor Qitao Zhang, doutorando no Departamento de Energia e Engenharia Mineral John e Willie Leone e coautor do artigo. “Estamos propondo uma abordagem eficaz, controlando o fluxo nas profundezas do reservatório”.
Reservatórios com alta densidade de fraturas e conectividade, como as geologias complicadas encontradas em ambientes do mundo real, poderiam fornecer resultados ainda melhores, disseram os cientistas.
A equipe desenvolveu um caso de campo mapeando as redes de fraturas de um afloramento rochoso no Parque Nacional Arches, em Utah, e descobriu que se aplicassem sua técnica nesta geologia do mundo real, forneceria uma extração de calor extra de 101% ao longo de 50 anos de Produção.
“Esta tecnologia poderia ser usada para tornar as energias renováveis rentáveis e competitivas com outras fontes de energia”, disse Dahi Taleghani. “Isso mostra que ainda existem enormes recursos energéticos no subsolo que podemos usar sem danificar o meio ambiente.”
O Departamento de Energia dos EUA apoiou este trabalho.
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