Como uma tecnologia semelhante ao fracking pode armazenar energia renovável no subsolo sem baterias de lítio

Três startups de Houston estão usando técnicas semelhantes ao fracking para criar cavernas subterrâneas de armazenamento de água pressurizada, que, quando liberada, aciona uma turbina para enviar energia para a rede.

A rápida expansão da geração de energia eólica e solar desencadeou uma corrida por tecnologias experimentais para capturar e armazenar essa energia. Várias startups em Houston dizem que desenvolveram maneiras de armazená-la no subsolo, e uma delas acaba de anunciar seu primeiro projeto comercial.

A Sage Geosystems Inc. chamou seu projeto de “o primeiro sistema de armazenamento de energia geotérmica a armazenar energia potencial nas profundezas da Terra e fornecer elétrons para uma rede elétrica” em um anúncio de 13 de agosto. Ela planeja instalar seu sistema ao lado de uma fazenda solar no sul do Texas.

O armazenamento de energia permite que o excesso de energia seja economizado para períodos de baixa geração, então, por exemplo, uma fazenda solar poderia administrar uma cidade à noite. Na maior parte, essa corrida produziu um crescimento explosivo para tecnologias e mercados de baterias de íons de lítio, juntamente com uma disputa mundial pelos minerais de terras raras que eles exigem. Mas nas bordas, uma enxurrada de startups espera que tecnologias emergentes atendam à nova geração de demandas de armazenamento.

Muitas tecnologias de armazenamento de energia estão em estágios iniciais de desenvolvimento, incluindo armazenamento de energia por ar comprimido, sistemas baseados em hidrogênio e várias formas de armazenamento térmico. Pesquisadores e investidores não sabem quais tecnologias acabarão sendo viáveis ​​em termos de custos e facilidade de uso.

Nos últimos anos, o Texas se tornou rapidamente o maior produtor de energia renovável do país, bem como seu principal mercado para armazenamento de energia em grande escala.

“Há uma necessidade crescente de tecnologias que possam ajustar os níveis de geração para manter a estabilidade da rede”, disse Yiyi Zhou, analista de energia da BloombergNEF. “A tecnologia que a Sage está desenvolvendo tem o potencial de mudar o jogo.”

A Sage não é a única startup trabalhando neste espaço. Duas outras empresas sediadas em Houston, Fervo Energy e Quidnet Energy, também reivindicam tecnologia proprietária que planejam usar para armazenamento e geração de energia geotérmica. Todas as três planejam injetar água subterrânea em alta pressão.

O sistema funciona assim: eletricidade de fazendas solares, turbinas eólicas ou outras formas de energia renovável é usada para bombear água para cavernas subterrâneas ou reservatórios especialmente criados, onde pode ser armazenada sob pressão. Quando a eletricidade é necessária, válvulas que selam a caverna subterrânea são abertas, enviando a água armazenada pressurizada de volta à superfície, onde ela girará uma turbina para gerar energia.

“Essa forma de armazenamento de água pressurizada é muito nova e, até onde sabemos, empresas como Sage Geosystems, Quidnet Energy e Fervo Energy são todas pioneiras nessa nova tecnologia”, disse Chetan Krishna, chefe de pesquisa e desenvolvimento da Third Derivative, uma aceleradora de startups focada no clima.

Água pressurizada é uma ideia antiga. A inovação, disse Krishna, é o processo de criação de reservatórios subterrâneos para contê-la. Enquanto os projetos tradicionais de energia geotérmica normalmente precisam de sistemas subterrâneos naturais de cavernas, essas empresas dizem que podem fazer suas próprias cavernas em quase qualquer lugar. Além do armazenamento de energia, todas as três empresas também esperam desenvolver geração de energia geotérmica usando as mesmas técnicas.

O processo da Sage, que ela chama de Geopressurized Geothermal System (GGS), se assemelha ao fraturamento hidráulico para petróleo e gás, de acordo com o geocientista chefe da empresa, Mike Eros, mas em cerca de um décimo da escala e intensidade. Em vez de uma frota de compressores, ele usa uma lama mineral pesada, um poço mais largo e gravidade para perfurar uma fratura vertical na rocha a milhares de pés abaixo da superfície.

O sistema usa o excesso de energia renovável de usinas solares, eólicas ou geotérmicas para bombear água para essas fraturas em alta pressão e então liberá-la quando necessário. De acordo com Eros, o sistema pode armazenar energia com 75 por cento de eficiência por até 10 horas, e pode lançar um fluxo de água de nove polegadas a 5.000 libras por polegada quadrada para girar uma turbina de gerador.

“Nós chamamos isso de bateria da Terra”, disse Eros, que trabalhou 12 anos na ExxonMobil. “Energia de água comprimida.”

Ele disse que os principais riscos do sistema eram a contaminação das águas subterrâneas e a criação de “fraturas descontroladas” no solo. A Sage tomou precauções para mitigar esses riscos, disse Eros, como mapeamento geológico detalhado para evitar injeção em falhas existentes.

Em um desenvolvimento relacionado na segunda-feira, executivos da Sage e da Meta, empresa controladora do Facebook, e autoridades do Departamento de Energia dos EUA, anunciaram que as empresas usarão a tecnologia GGS da Sage para criar energia geotérmica “praticamente em qualquer lugar”.

“A rocha quente e seca é um recurso muito abundante em comparação com as formações hidrotermais tradicionais, tornando a tecnologia GGS da Sage uma abordagem altamente escalável com potencial para rápida expansão nos EUA e globalmente”, disseram as empresas em um comunicado de imprensa conjunto emitido após seu anúncio no Workshop Catalyzing Next Generation Geothermal Development do DOE em Washington.

A Meta planeja usar a tecnologia GGS da Sage “para fornecer energia sem carbono aos data centers da Meta”, disseram as empresas, mas não especificaram onde.

O primeiro projeto comercial usando GGS para armazenamento de energia geotérmica será construído em terras arrendadas da San Miguel Electric Cooperative em Christine, Texas, e conectado a uma fazenda solar lá. Ele permitirá que a Sage compre energia durante o pico de produção, armazene-a e venda de volta para a rede à noite.

Diferentemente dos planos anunciados pela Sage com a Meta gerando calor geotérmico, o primeiro projeto de armazenamento usará apenas pressão, disse Eros, porque “temos que andar antes de correr”. Mais tarde, esforços de armazenamento mais avançados, disse ele, envolveriam calor geotérmico.

Em última análise, a viabilidade econômica desses sistemas dependerá de como seus custos se comparam aos das baterias de íons de lítio, a nova forma mais popular de armazenamento de energia.

Cinco anos atrás, as baterias de íons de lítio representavam menos de 4% do armazenamento de energia dos EUA. Em junho deste ano, após milhões de instalações de baterias, elas representavam mais de 40%, de acordo com dados do Departamento de Energia, e podem ultrapassar 50% até o final do ano.

As baterias estão complementando o método mais tradicional de armazenamento de energia, chamado de energia hidrelétrica bombeada, no qual a água é bombeada para cima durante o pico de geração e depois flui para baixo e movimenta turbinas de energia durante o pico de demanda de energia.

A duração do armazenamento tem sido um fator limitante para baterias, no entanto. A maioria das baterias de escala de utilidade nos EUA funcionam melhor por até quatro horas de armazenamento. Os sistemas mais novos estão alcançando de seis a oito horas, mas a um custo mais alto.

As tecnologias serão finalmente julgadas de acordo com uma métrica chamada custo nivelado de armazenamento. De acordo com cálculos do acelerador Third Derivative, as baterias de íons de lítio podem atingir seis horas de armazenamento a um custo nivelado médio de US$ 72 por megawatt-hora. Enquanto isso, a Sage alega até 10 horas de armazenamento a US$ 100 por megawatt-hora quando combinadas com geração solar.

“Isso é certamente melhor do que onde está o armazenamento de baterias de íons de lítio”, disse Ramanan Krishnamoorti, vice-presidente de energia e inovação da Universidade de Houston. “Esta empresa obviamente fez um avanço aqui.”

Ainda não está claro se a tecnologia de armazenamento se manterá no mercado. Baterias de íons de lítio estão fazendo avanços rápidos, e pesquisadores estão desenvolvendo materiais alternativos que podem mudar drasticamente a equação, disse Krishnamoorti. Ainda assim, pode haver espaço para múltiplos sistemas no mercado de rápido crescimento para armazenamento de energia.

“Cada um será uma contribuição importante para resolver as necessidades de armazenamento de energia”, disse Lisa Biswal, reitora associada de engenharia na Rice University em Houston. “Estou animada, como pesquisadora na área de energia, por poder ver a implantação comercial de sistemas de bateria de lítio em escala de rede, bem como geotérmica.”

Pesquisadores e investidores estarão observando atentamente para ver se os tempos e custos de armazenamento projetados pela Sage se sustentam em seu primeiro projeto comercial. No ano passado, a Sage demonstrou a tecnologia em um piloto não comercial.

“A tecnologia realmente só se uniu nos últimos anos para torná-la prática”, disse Ken Wisian, diretor associado do Bureau of Economic Geology da University of Texas, que trabalhou com Sage em um projeto anterior. “A principal coisa que a segura é colocar o primeiro projeto comercial em funcionamento.”

Se o projeto der certo, Wisian sugeriu que o armazenamento de energia geotérmica poderá seguir um ritmo de implantação similar ao dos projetos eólicos, solares e de baterias recentemente no Texas.

“Deixou de ser quase sem interesse para, de repente, um projeto comercial em um tempo muito curto”, ele disse. “Um dos meus sonhos é ver um desses poços de armazenamento de energia perfurados ao lado de cada gerador eólico do estado.”