Un estudi liderat per l’Institut Mediterrani d’Estudis Avançats (IMEDEA, CSIC-UIB), identifica les causes de la sismicitat ocorreguda el 2006 a Basilea (Suïssa) provinent d’una planta d’EGS (sigla de enhanced geothermal system, ‘sistema geotèrmic millorat’). Aquesta tecnologia consisteix a perforar l’escorça terrestre per utilitzar la calor que hi ha a gran profunditat per produir energia renovable. L’estudi, publicat a la revista Communications Earth & Environment, s’ha dut a terme en col·laboració amb l’Institut de Diagnòstic Ambiental i Estudis de l’Aigua (IDAEA-CSIC) i la Universitat de Colorado. En concret, l’equip científic ha desenvolupat una eina numèrica que permet reproduir la reactivació de les falles que es varen produir a l’EGS de Basilea com a resposta a l’estimulació hidràulica al pou d’injecció. Això obre el camí a desenvolupar metodologies que permetin utilitzar l’energia geotèrmica de manera segura i neta per produir electricitat de manera continuada les 24 hores del dia, set dies a la setmana i amb emissions zero de CO₂.

Entre els nous mètodes d’obtenció d’energia, els EGS se serveixen de l’estimulació hidràulica per poder produir electricitat de forma eficient. Mitjançant un circuit en què s’injecta aigua freda en un pou a alta pressió, les fractures existents a la roca s’obren de manera permanent com a resultat de petits lliscaments. Segons explica Aurégan Boyet, investigadora de l’IMEDEA CSIC-UIB i primera autora de l’estudi, «aquest procés és necessari per augmentar la permeabilitat de les formacions rocoses, normalment granits fracturats, que es troben a 4 o 5 km de profunditat. Allà les temperatures són superiors a 150 °C, per la qual cosa, en bombar l’aigua calenta a través d’un altre pou, es genera vapor d’aigua a la superfície, que mou les turbines que produeixen electricitat». Boyet exposa que la calor de l’interior de la Terra proporciona una energia constant, cosa que comporta un gran avantatge respecte a altres renovables que fluctuen en el temps.

Tot i això, l’estimulació hidràulica pot generar contrarietats. Segons especifica Silvia De Simone, investigadora de l’IDAEA-CSIC i coautora de l’estudi, «els lliscaments de les fractures generen microsismes. Allò que resulta desconcertant és que, una vegada que es deixa d’injectar aigua a pressió, sovint es produeixen sismes de magnitud més gran que els que s’havien produït durant la injecció, i s’arriben a generar terratrèmols que es perceben a la superfície i que poden arribar a provocar danys, com ha passat a Basilea o a Pohang (Corea del Sud). Aquest fenomen va contra la lògica, que faria pensar que una vegada que s’acaba d’injectar, la pressió disminueix i l’estabilitat de les falles hauria d’augmentar».

Però això no és el que s’observa i els motius són poc coneguts. En el cas de Basilea, el terratrèmol de més magnitud va tenir lloc unes hores després que s’aturàs la injecció. Per poder reproduir amb exactitud l’evolució temporal i la distribució espacial dels sismes —que varen arribar a assolir una magnitud de 3,4— l’equip científic va incorporar als models numèrics processos que, fins ara, es passaven per alt, però que són fonamentals per poder entendre i predir el fenomen. «Històricament, s’ha considerat que els canvis en la pressió de l’aigua que omple les fractures era la causant de la sismicitat. Tot i això, els canvis de pressió en poden justificar només una part, però fallen a l’hora d’explicar la sismicitat postinjecció», assenyala Víctor Vilarrasa, investigador de l’IMEDEA (CSIC-UIB) i coautor de l’estudi. «El nostre model combina els canvis en la deformació i la tensió de la roca com a resultat de la injecció d’aigua, que alhora influeixen en l’estabilitat de les falles. A més, quan una fractura es mou, es redistribueixen les tensions al seu entorn, cosa que pot afectar l’estabilitat d’altres fractures. Finalment, hem considerat la reducció de la resistència de les falles un cop que es reactiven.»

Gràcies al nou model, s’han pogut identificar les causes de la sismicitat a Basilea durant i després de la injecció. Els autors ressalten que aquesta eina predictiva servirà per poder adaptar els paràmetres amb què s’opera en un projecte d’energia geotèrmica (com el cabal de circulació o la pressió d’injecció) i mitigar el risc d’induir terratrèmols que puguin ser percebuts. D’aquesta manera, es reforça la seguretat a l’hora d’obtenir energia neta, que pretén ser una alternativa per fer front als problemes relacionats amb l’escalfament global ocasionats per l’ús de combustibles fòssils.

Cercant la calor cap a l’interior de la Terra: el cicle de la geotèrmia

El compliment dels acords de París pel que fa a reduir les emissions de gasos amb efecte d’hivernacle comporta desafiaments. L’objectiu és clar: limitar l’augment de la temperatura global per sota dels 2 °C, en comparació amb els nivells preindustrials, i continuar els esforços per limitar-lo a 1,5 °C. L’ús dels diferents tipus d’energies renovables, com ara la geotèrmia, és clau per aconseguir-ho. Emprada des de l’època romana als banys termals, l’energia geotèrmica aprofita la calor procedent de l’interior de la Terra. És una energia respectuosa amb el medi ambient, no produeix emissions contaminants i garanteix, a més, el subministrament d’electricitat de manera constant.

La investigació científica en geoenergies desenvolupada a l’IMEDEA, en el marc del Consell Europeu de Recerca (ERC), treballa per minimitzar els riscos que pugui comportar l’ús del subsol en la descarbonització. «Els recursos geològics, com a origen del problema, han de formar part també de la solució», conclou Vilarrasa. 

Descarrega la infografia.

Font: IMEDEA

Publicació original: 

Boyet, A., De Simone, S., Ge, S. and Vilarrasa, V., 2023. Poroelastic stress relaxation, slip stress transfer and friction weakening controlled post-injection seismicity at the Basel Enhanced Geothermal System. Communications Earth & Environment, 4, 104 DOI: 10.1038/s43247-023-00764-y

Aquesta recerca s'ha dut a terme en el marc del projecte GEoREST, amb el finançament del Consell Europeu de Recerca (ERC) a través del programa de recerca i innovació Horizon 2020 de la UE.
Acord de subvenció núm. 801809

Notícies relacionades​: 

• 30/01/2023 Emmagatzemar CO2 sota terra podria ser una solució segura per mitigar el canvi climàtic.
• 26/01/2023 Un projecte de l’IMEDEA per emmagatzemar CO₂ en zones volcàniques rep un ajut Proof of Concept del Consell Europeu de Recerca.
• 29/06/2022 Un estudi amb participació de l'IMEDEA conclou que el monitoratge inadequat a Castor va impedir anticipar-se als terratrèmols.