Operación de centrales eléctricas
Los posibles impactos medioambientales relacionados con el funcionamiento y el mantenimiento de las centrales geotérmicas incluyen uso y disposición del agua
, el aire, los sólidos (metales pesados y/u otros contaminantes), el uso del suelo, el tráfico y el ruido. Echemos un vistazo a estas preocupaciones en las próximas páginas temáticas.
Gestión del agua y los fluidos
La gestión del fluido producido durante el funcionamiento de una planta geotérmica depende principalmente del tipo de planta que se esté considerando. Aquí consideraremos los sistemas hidrotérmicos convencionales y los sistemas geotérmicos de ingeniería (EGS), que son sistemas abiertos al yacimiento, y los sistemas geotérmicos avanzados/sistemas geotérmicos de circuito cerrado (AGS), que son sistemas cerrados al yacimiento.
Sistema abiertos al yacimiento
Los sistemas abiertos al yacimiento son aquellos en los que el fluido de trabajo entra en contacto directo con el yacimiento subterráneo, fluyendo desde un pozo de inyección a través de la roca hasta un pozo de producción.1Beard, J.C., y Jones, B.A., eds. (2023, 1 de mayo). Capítulo 10: Consideraciones e impacto ambiental. El futuro de la geotermia en Texas. págs. 269-273. https://energy.utexas.edu/research/geothermal-texas
Aunque los informes de contaminación del suelo y del agua superficial son poco comunes cerca de las instalaciones geotérmicas, algunos estudios han demostrado que una mala gestión del agua y de los materiales puede provocar ambos problemas.2Balaban, T. Ö., Bülbül, A., & Tarcan, G. (2017). Review of water and soil contamination in and around Salihli geothermal field (Manisa, Turkey). Arabian Journal of Geosciences, 10(23), 1-20. Otros han descrito vías de contaminación de las aguas subterráneas procedentes de los sistemas operativos. En un caso, los investigadores3Aksoy, N., Şimşek, C., & Gunduz, O. (2009). Groundwater contamination mechanism in a geothermal field: a case study of Balcova, Turkey. Journal of contaminant hydrology, 103(1-2), 13-28. informaron de que los fluidos geotérmicos calientes viajaban a través de fallas geológicas y espacios abiertos en pozos mal construidos y contaminaban los acuíferos superficiales potables con calor, arsénico, antimonio y boro, lo que hacía que el agua no fuera apta para el consumo o el riego. Casos como este ponen de manifiesto la importancia de una construcción adecuada de los pozos y de una gestión activa de las reacciones geoquímicas entre los fluidos y los materiales de construcción de los pozos. También es prudente la construcción de pozos de control para detectar la posible contaminación de las aguas subterráneas cerca de este tipo de sistemas geotérmicos. 4Beard, J.C., y Jones, B.A., eds. (2023, 1 de mayo). Capítulo 10: Consideraciones e impacto ambiental. El futuro de la geotermia en Texas. págs. 269-273. https://energy.utexas.edu/research/geothermal-texas
Los sistemas geotérmicos de ingeniería interactúan con el subsuelo muy por debajo de las capas freáticas y los acuíferos utilizados para el agua potable. Los sistemas hidrotermales convencionales tienen protocolos rigurosos de gestión de los recursos hídricos, por lo que el riesgo de contaminación del agua y el agotamiento del agua de manantial son infundados o inexistentes. 5Beard, J.C., y Jones, B.A., eds. (2023, 1 de mayo). Capítulo 10: Consideraciones e impacto ambiental. El futuro de la geotermia en Texas. págs. 269-273. https://energy.utexas.edu/research/geothermal-texas
Cerrado a los sistemas de embalse
Imagine que tiene un pozo de inyección y un pozo de producción, similar a EGS, pero en lugar de depender de una red de fracturas en el subsuelo para conectar los dos pozos, simplemente los conecta con una tubería. El fluido de trabajo fluiría hacia abajo por el pozo de inyección, horizontalmente a través de un segmento lateral de tubería, y luego hacia arriba a través del pozo de producción. Debido a que tal sistema está cerrado al subsuelo, se le llama un sistema de circuito cerrado.6Dourado, E. (2021, July 6). The state of next-generation geothermal energy. https://www.elidourado.com/p/geothermal
Los fluidos se introducen en el subsuelo a través de pozos de inyección verticales, fluyen a través de tuberías de pozo de diversos diseños y salen a través de pozos de producción. Los sistemas geotérmicos avanzados (AGS), como estos, se utilizan más comúnmente en sistemas geotérmicos de uso directo poco profundos. Los diseños de los sistemas están codificados por las agencias reguladoras ambientales estatales. Los fluidos de trabajo no son tóxicos o contienen aditivos de baja toxicidad para mejorar la capacidad calorífica volumétrica del fluido (por lo tanto, la eficiencia del sistema). 7Beard, J.C., y Jones, B.A., eds. (2023, 1 de mayo). Capítulo 10: Consideraciones e impacto ambiental. El futuro de la geotermia en Texas. págs. 269-273. https://energy.utexas.edu/research/geothermal-texas
Si bien conceptos como estos tienen una serie de ventajas, el sistema, sin embargo, se basa en la conexión efectiva de las tuberías de perforación mientras están en el pozo, lo que requiere operaciones a largo plazo sin deterioro de los puntos de conexión que podrían ser fuentes de fuga de fluido de trabajo en el embalse. Es posible que se requieran avances en las tecnologías y metodologías de terminación y revestimiento para asegurar que sistemas como estos operen de una manera verdaderamente de circuito cerrado, sin fugas en el embalse circundante. Los estudios de monitoreo proporcionarían confianza en la integridad operativa de esta tecnología emergente. 8Beard, J.C., y Jones, B.A., eds. (2023, 1 de mayo). Capítulo 10: Consideraciones e impacto ambiental. El futuro de la geotermia en Texas. págs. 269-273. https://energy.utexas.edu/research/geothermal-texas
Potencial de uso del agua producida
El agua que se coproduce con el petróleo y el gas es una fuente potencial de fluidos de trabajo para la geotermia, dependiendo de la química del fluido, la necesidad y el acceso a fuentes alternativas. Dos desafíos continuos al usar agua producida para geotermia (o cualquier otro uso beneficioso) son (1) la variabilidad de la calidad del agua producida, especialmente en concentraciones que podrían conducir a problemas como la corrosión, y (2) la disponibilidad de cantidades suficientes de agua donde y cuando se necesita. 9Beard, J.C., y Jones, B.A., eds. (2023, 1 de mayo). Capítulo 10: Consideraciones e impacto ambiental. El futuro de la geotermia en Texas. págs. 269-273. https://energy.utexas.edu/research/geothermal-texas
Scanlon y otros (2020a10Scanlon, B. R., Reedy, R. C., Xu, P., Engle, M., Nicot, J. P., Yoxtheimer, D., … & Ikonnikova, S. (2020). Can we beneficially reuse produced water from oil and gas extraction in the US?. Science of The Total Environment, 717, 137085., 2020b11Scanlon, B. R., Reedy, R. C., Xu, P., Engle, M., Nicot, J. P., Yoxtheimer, D., … & Ikonnikova, S. (2020). Datasets associated with investigating the potential for beneficial reuse of produced water from oil and gas extraction outside of the energy sector. Data in Brief, 30, 105406.) evaluaron y compararon la cantidad y la calidad del agua producida en varias regiones para las actividades de petróleo y gas, considerando diferentes usos beneficiosos y requisitos de calidad (por ejemplo, al irrigar cultivos para el consumo humano). Encontraron concentraciones medias que varían de 1.000 a 200.000 miligramos por litro de sólidos disueltos totales (TDS) en las diversas regiones de actividad. Dependiendo de la química del fluido necesaria para la tecnología geotérmica en cuestión, el agua con este nivel de TDS puede o no ser adecuada sin un tratamiento primario o secundario para eliminar las sales, estabilizar el pH, etc. Si se necesita tratamiento, el volumen de agua producida disponible podría disminuir en un 50 por ciento, y el concentrado aún requeriría manipulación y eliminación. La decisión sobre el uso de agua producida para un sistema geotérmico, por lo tanto, debe basarse en la disponibilidad de otras fuentes adecuadas de agua, y la economía de tratar el agua en el sitio, versus la compra de agua de mayor calidad en otro lugar, así como otros factores operativos. 12Beard, J.C., y Jones, B.A., eds. (2023, 1 de mayo). Capítulo 10: Consideraciones e impacto ambiental. El futuro de la geotermia en Texas. págs. 269-273. https://energy.utexas.edu/research/geothermal-texas
¿Cuál de estas no es una consecuencia de tratar el agua producida antes de usarla como fluido de trabajo?
Generación de residuos sólidos y gestión de fluidos
Se pueden utilizar dos métodos de gestión de fluidos para abordar los componentes disueltos en el fluido de trabajo devuelto en los sistemas geotérmicos. Uno es un cristalizador flash que elimina permanentemente los componentes disueltos para su posterior eliminación, y el otro es la modificación del pH que mantiene los componentes en fases disueltas para la reinyección. Dependiendo de la concentración, la recuperación de minerales en los geofluidos devueltos podría ser económicamente favorable. 13DiPippo, R. (2012). Centrales geotérmicas: principios, aplicaciones, estudios de caso e impacto ambiental. Butterworth-Heinemann. 14Beard, J.C., y Jones, B.A., eds. (2023, 1 de mayo). Capítulo 10: Consideraciones e impacto ambiental. El futuro de la geotermia en Texas. págs. 269-273. https://energy.utexas.edu/research/geothermal-texas
Por ejemplo, el reciente giro del país hacia la generación de electricidad renovable utilizando energía eólica y solar, así como la necesidad de un almacenamiento sustancial de electricidad en baterías, ha añadido urgencia a la búsqueda de fuentes sostenibles de elementos de tierras raras (REE) y materiales críticos para la fabricación y el desarrollo tecnológico. Las salmueras geotérmicas podrían recuperar minerales como el litio, el manganeso, el zinc, el potasio y el boro. 15Beard, J.C., y Jones, B.A., eds. (2023, 1 de mayo). Capítulo 10: Consideraciones e impacto ambiental. El futuro de la geotermia en Texas. págs. 269-273. https://energy.utexas.edu/research/geothermal-texas
Transcripción del video
La salmuera se extrae de las rocas ubicadas en lo profundo de la Tierra.
La salmuera se separa en vapor y salmuera concentrada.
El vapor impulsa una turbina para generar energía 100 % renovable.
El vapor se condensa y se devuelve a la Tierra.
La salmuera y el vapor se procesan en la planta de minerales para producir carbonato de litio.
Toda la salmuera y el vapor se reinyectan en la Tierra.
El ciclo renovable continúa.
La extracción de litio de la salmuera geotérmica todavía está en una fase incipiente. La mayoría de los esfuerzos utilizan algún tipo de método de separación química, para apuntar a la separación del cloruro de litio, purificándolo para producir hidróxido de litio, que luego se utiliza para las baterías. Muchas compañías de petróleo y gas, compañías geotérmicas y compañías mineras están evaluando la producción de litio a partir de sus activos, ya sea como un subproducto o como un producto principal. 17Beard, J.C., y Jones, B.A., eds. (2023, 1 de mayo). Capítulo 3: Otros conceptos geotérmicos con aplicaciones únicas en Texas. El futuro de la geotermia en Texas. pág. 67. https://energy.utexas.edu/research/geothermal-texas
La extracción de litio de la salmuera geotérmica todavía está en una fase incipiente. La mayoría de los esfuerzos utilizan algún tipo de método de separación química, para apuntar a la separación del cloruro de litio, purificándolo para producir hidróxido de litio, que luego se utiliza para las baterías. Muchas compañías de petróleo y gas, compañías geotérmicas y compañías mineras están evaluando la producción de litio a partir de sus activos, ya sea como un subproducto o como un producto principal. The methods used for lithium production from geothermal brines are likely to have a smaller environmental footprint compared to other methods.18Beard, J.C., y Jones, B.A., eds. (2023, 1 de mayo). Capítulo 3: Otros conceptos geotérmicos con aplicaciones únicas en Texas. El futuro de la geotermia en Texas. págs. 66-67. https://energy.utexas.edu/research/geothermal-texas
¿Qué minerales críticos no son de interés para extraer de las salmueras geotérmicas (fluidos)?
Emisiones superficiales y monitoreo
Con respecto a cualquier diseño geotérmico Abierto a Embalse, se han notado las posibles emisiones atmosféricas, especialmente de plantas de vapor flash o seco, incluido el calor residual a través del vapor, y los gases no condensables (NCG) como H2S, CO2 y metano20Bayer, P., Rybach, L., Blum, P., & Brauchler, R. (2013). Review on life cycle environmental effects of geothermal power generation. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 26, 446-463.. El calor residual, por ejemplo, podría ser un problema para la biota o los residentes circundantes, y la liberación de NCG podría, por supuesto, compensar el valor de reemplazar las plantas generadoras de combustibles fósiles con geotermia. 21Beard, J.C., y Jones, B.A., eds. (2023, 1 de mayo). Capítulo 10: Consideraciones e impacto ambiental. El futuro de la geotermia en Texas. págs. 269-273. https://energy.utexas.edu/research/geothermal-texas
En los estados donde domina el desarrollo de sistemas geotérmicos Cerrados a Embalse, a diferencia de los Sistemas Hidrotermales Convencionales, las preocupaciones descritas anteriormente pueden mitigarse sustancialmente, o incluso eliminarse. Los sistemas Cerrados a Embalse, como AGS, separan los fluidos de formación y los fluidos de trabajo. Estos sistemas están diseñados para producir solo calor, sin producir contaminantes y gases no deseados del subsuelo. Por lo tanto, las emisiones durante las operaciones deben mantenerse al mínimo, o eliminarse por completo. 22Beard, J.C., y Jones, B.A., eds. (2023, 1 de mayo). Capítulo 10: Consideraciones e impacto ambiental. El futuro de la geotermia en Texas. págs. 269-273. https://energy.utexas.edu/research/geothermal-texas
Créditos de imagen:
- Traditional-EGS-hydraulic-fracturing-FOGIT ESP: The Future of Geothermal in Texas
- Pozo doble FOGIT de AGS: The Future of Geothermal in Texas
- Controlled Thermal Resources’ Hell’s Kitchen Lithium and Power project: CTR (U.S. Department of Energy Project)
