Geotermia ultraprofunda, a velha energia “nova”

Os investigadores e as start-ups norte-americanos estão agora numa corrida para transformar esse estranho teatro subterrâneo numa energia limpa estável e permanente - e acreditam que ela poderá eclipsar todo o sistema eléctrico mundial actual.

Geotermia ultraprofunda, a velha energia “nova”

A energia geotérmica está longe de ser uma novidade. Países da Islândia ao Quénia já perfuram rocha quente, injetam água no subsolo e aproveitam o vapor que regressa à superfície para mover turbinas. É uma fonte fiável, não depende do vento nem do sol e funciona 24 horas por dia, 7 dias por semana.

Mesmo assim, a geotermia convencional apenas aproveita uma pequena parte do que existe por baixo da superfície. Depende de rochas naturalmente quentes e permeáveis, normalmente em zonas vulcânicas. Isso limita de forma muito forte os locais onde pode ser instalada.

A geotermia ultraprofunda aponta para rocha ultraquente a profundidades de 3 a 19 quilómetros, onde o calor passa a estar quase universalmente disponível, e não apenas em pontos quentes vulcânicos.

Nessas profundidades, as temperaturas da rocha podem levar a água para um estado supercrítico, criando um fluido com grande densidade energética, diferente do vapor comum. Se os engenheiros aprenderem a controlar e a fazer circular esse fluido, desbloqueiam um recurso que os investigadores estimam em cerca de 63 terawatts - 63,000 gigawatts - de capacidade potencial de geração em todo o planeta.

A produção eléctrica actual da humanidade é aproximadamente um oitavo desse valor.

Um laboratório a tentar recriar o interior da Terra

A experiência do Oregon num inferno fabricado

Para chegar lá, os cientistas precisam primeiro de perceber o que acontece realmente vários quilómetros abaixo da superfície. É aqui que entra o novo Experimental Deep Geothermal Energy Lab (EDGE) da Universidade Estatal do Oregon.

Apoiado por uma doação de 750,000 dólares da start-up norte-americana Quaise, o centro EDGE foi concebido para reproduzir as condições mais extremas encontradas em formações rochosas profundas.

No coração do laboratório está um reactor de fluxo contínuo. No seu interior, a água circula a cerca de 400 °C sob pressões aproximadamente 500 vezes superiores às da superfície.

Ao forçar a interação, em tempo real, entre água, minerais e fragmentos de rocha a 400 °C e 500 atmosferas, o EDGE permite aos investigadores observar processos do interior da Terra que antes existiam apenas em modelos informáticos.

Câmaras e sensores registam todos os pormenores: como os minerais se dissolvem no fluido quente, onde voltam a precipitar e que tipos de rocha começam a desfazer-se ou a selar.

Os modelos geotérmicos já existentes, afinados para condições mais moderadas, em torno dos 200 °C, tornam-se rapidamente pouco fiáveis perante estes extremos. Os dados do laboratório deverão alimentar uma nova geração de ferramentas de simulação, ajudando os operadores a decidir onde perfurar, como fazer circular os fluidos e que materiais usar no fundo do poço.

Quando a água deixa de se comportar como água

A passagem para o domínio supercrítico

Assim que a água atinge cerca de 374 °C sob pressão suficiente, entra num estado supercrítico. Não é bem um líquido, nem bem um gás, mas antes uma fase híbrida com propriedades invulgares.

Nesse regime, a água pode transportar várias vezes mais calor por quilograma do que a água quente comum. Também flui de forma diferente através das fracturas da rocha e reage de modo mais agressivo com os minerais.

Um único poço que faça circular água supercrítica poderia, em teoria, fornecer muito mais energia do que um conjunto inteiro de poços geotérmicos convencionais.

É esta densidade energética que entusiasma empresas como a Quaise. Se cada poço profundo produzir mais, serão necessários menos poços, reduzindo a área ocupada à superfície e os custos a longo prazo.

A contrapartida é clara: tudo o que entra em contacto com esse fluido - revestimentos de aço, cimentos vedantes, agentes de sustentação, e até a própria rocha em redor - enfrenta uma química hostil e um stress mecânico muito para além do que é normal nos poços de petróleo e gás.

O pesadelo de engenharia: poços bloqueados e materiais a desfazerem-se

Minerais que se transformam em tampões de betão

Um dos maiores problemas é a incrustação mineral. Muitas rochas profundas transportam sais e metais dissolvidos que são estáveis em condições muito quentes e de alta pressão. À medida que o fluido sobe e arrefece, ou perde um pouco de pressão, esses minerais podem cristalizar de forma abrupta.

O efeito lembra o calcário que se acumula numa chaleira, mas aqui acontece no interior de fracturas e poros a vários quilómetros de profundidade.

Com o tempo, essa incrustação pode obstruir o caminho de circulação, estrangulando a produção de uma central ou destruindo completamente um poço. Remover esses depósitos em profundidade é difícil, arriscado e caro.

No EDGE, os cientistas estão a testar de forma sistemática diferentes composições de rocha para ver quais se dissolvem, quais precipitam e em que combinações exactas de temperatura e pressão ocorrem os bloqueios mais graves. Esse conhecimento deverá orientar a escolha dos locais e as estratégias de tratamento químico para projectos industriais.

Agentes de sustentação e areia sob calor extremo

Os sistemas profundos também podem depender de “agentes de sustentação” - areia ou grãos cerâmicos usados para manter pequenas fracturas abertas, de forma semelhante ao que se faz na indústria do petróleo e do gás.

A 200 °C, os engenheiros já têm décadas de experiência com estes materiais. A 400 °C, em água supercrítica quimicamente agressiva, os mesmos grãos podem amolecer, reagir ou dissolver-se.

Os investigadores do EDGE estão a expor vários tipos de areias, esferas cerâmicas e partículas compósitas a essas condições. Medem como cada opção se comporta: mantém a forma, resiste ao esmagamento e evita transformar-se em lodo?

A viabilidade a longo prazo dos projectos ultraprofundos dependerá tanto de materiais humildes como areia e cimento como de ferramentas de perfuração de ponta.

A aposta radical de perfuração da Quaise

Das brocas ao derretimento electromagnético da rocha

Enquanto os académicos analisam a química, a Quaise trabalha no lado mecânico do desafio: como chegar, de facto, a essas rochas ultraquentes em escala industrial.

A empresa está a desenvolver um sistema de perfuração que usa energia electromagnética de ondas milimétricas de alta potência para aquecer e fundir parcialmente a rocha, em vez de a rasgar com brocas tradicionais.

À medida que a rocha junto à parede do poço derrete e arrefece, forma uma camada fina, semelhante a vidro, que reveste o furo.

Esse revestimento vitrificado poderá tanto estabilizar o poço sob as pressões esmagadoras do interior da Terra como reduzir reacções indesejadas entre o fluido e a rocha envolvente.

A Quaise já realizou testes de campo, incluindo um poço de demonstração de 118 metros numa pedreira de granito no Texas. O próximo objectivo é avançar até cerca de 1 quilómetro e, depois, passo a passo, chegar às profundidades de 10 a 20 quilómetros necessárias para encontrar rocha ultraquente em qualquer lugar.

Os poços de petróleo e gás já atingem 5 quilómetros e mais nalgumas bacias, mas recorrem a métodos muito diferentes e visam zonas mais frias. Cada quilómetro adicional com esta abordagem híbrida electromagnética-térmica traz novos desafios mecânicos e térmicos.

Porque é que os EUA querem chegar primeiro

Energia de base para centros de dados e indústria pesada

Os Estados Unidos têm várias razões para apoiar este nicho tecnológico. Centros de dados, clusters de inteligência artificial e pólos industriais precisam de energia contínua, com baixas emissões de carbono.

A energia solar e a eólica podem ser combinadas com baterias, mas essa solução continua cara quando se fala em fiabilidade durante vários dias e em indústria pesada. A geotermia ultraprofunda promete electricidade de base estável, num espaço que cabe dentro de instalações eléctricas já existentes.

• Funciona continuamente, independentemente do tempo.
• Pode ligar-se às redes eléctricas e aos corredores de transmissão já existentes.
• Usa um recurso doméstico difícil de transformar em arma ou de perturbar geopoliticamente.
• Pode, em teoria, ser instalada perto dos principais centros de procura.

Há também uma dimensão estratégica. As mesmas competências avançadas de perfuração e de modelação do subsolo sustentam tanto projectos geotérmicos como partes da defesa e da extracção de recursos. Dominar esta área reforça um conjunto alargado de capacidades industriais.

A subida silenciosa da geotermia nos planos energéticos globais

De actor de nicho a concorrente a sério

No papel, a geotermia ainda parece marginal. Em 2024, a capacidade eléctrica geotérmica instalada atingiu cerca de 15.1 GW em todo o mundo, gerando aproximadamente 99 TWh - cerca de 1% da electricidade renovável.

Onde já se destaca é no calor directo: redes de aquecimento urbano, estufas, processos industriais e spas consumiram 245 TWh de calor geotérmico no mesmo ano, cerca de 3% da procura global de calor renovável.

Indicador	Nível em 2024	Projecção para 2050	Quota global actual
Capacidade eléctrica instalada	15.1 GW	800 GW	Abaixo de 1% da electricidade renovável
Geração de electricidade	99 TWh	Equivalente aos EUA + Índia hoje	Cerca de 1% das renováveis
Uso de calor directo	245 TWh	não aplicável	Cerca de 3% do calor renovável
Crescimento dos usos de calor	+20% em 2024	–	–
Investimento acumulado projectado	–	2.5 trillion € até 2050	Até 15% do crescimento da procura de electricidade

Os cenários internacionais já atribuem à geotermia um papel muito maior até meados do século, sobretudo quando os recursos mais profundos e mais quentes se tornarem viáveis. As agências apontam para até 800 GW de capacidade em 2050, produzindo electricidade aproximadamente na mesma ordem de grandeza que os EUA e a Índia actuais em conjunto.

Riscos, incertezas e o que pode correr mal

Apesar do entusiasmo, a geotermia ultraprofunda enfrenta incertezas sérias.

Os custos de perfuração podem disparar se a rocha se revelar mais dura do que o previsto ou se as ferramentas se desgastarem rapidamente. Os poços podem sofrer corrosão química inesperada, incrustações ou falha do revestimento anos antes do planeado.

Os riscos sísmicos também exigem uma gestão cuidadosa. Injectar e extrair fluidos em profundidade pode, por vezes, desencadear pequenos sismos, como se viu em alguns projectos geotérmicos melhorados. Os engenheiros terão de conceber regimes de gestão de pressão e redes de monitorização que mantenham esse risco dentro de limites aceitáveis para as comunidades vizinhas.

Existe ainda uma dimensão social. Os projectos podem enfrentar oposição local se os residentes recearem sismicidade induzida, subsidência ou contaminação, mesmo quando esses riscos se mantêm baixos. Construir confiança através de monitorização transparente e supervisão independente será tão importante como o desempenho técnico.

O que “63,000 GW” significa na prática

Quando os investigadores falam de 63 terawatts de potencial teórico, não querem dizer que a humanidade possa simplesmente ligar esse recurso amanhã. Grande parte desse potencial continuará fora de alcance devido à geologia, ao custo ou a restrições ambientais.

Um objectivo mais realista é capturar apenas uma pequena fracção. Mesmo 1% desse potencial ultraquente ainda ultrapassaria a procura mundial actual de electricidade, mas chegar a esse nível poderá demorar muitas décadas.

Em cenários práticos, a geotermia ultraprofunda poderá desempenhar um papel semelhante ao da hidroeléctrica ou da nuclear hoje: uma espinha dorsal de energia estável, complementada por renováveis variáveis e armazenamento. Também poderá fornecer calor directamente a pólos industriais, substituindo caldeiras a carvão e a gás na produção de cimento, químicos ou aço.

Conceitos-chave que vale a pena clarificar

Duas noções técnicas aparecem repetidamente nesta discussão sobre geotermia ultraprofunda:

• Água supercrítica: água aquecida e comprimida para lá do seu ponto crítico (374 °C, 221 bar), formando um fluido denso e rico em energia, com propriedades intermédias entre líquido e gás.
• Geotermia de rocha ultraquente: sistemas que visam rocha suficientemente quente para manter a água nesse estado supercrítico, normalmente a profundidades superiores a 3 km, muitas vezes bem maiores.

Para quem não é especialista, uma imagem útil é a de uma panela de pressão em cima de outra panela de pressão, enterradas sob quilómetros de rocha. O desafio de engenharia consiste em abrir um tubo nesse sistema, mantê-lo intacto durante décadas e fazer circular fluido sem o entupir nem o fraturar.

Se equipas norte-americanas como as da Universidade Estatal do Oregon e da Quaise conseguirem fazê-lo à escala comercial, não terão apenas aberto um novo capítulo para a geotermia. Terão acrescentado uma nova e poderosa opção ao conjunto global de ferramentas de energia limpa, uma solução que ressoa discretamente por baixo de quase todos os países da Terra.