Hem d'aconseguir les emissions zero per a 2050 per a complir l'objectiu de l'Acord de París de limitar l'augment de la temperatura per sota dels 2.0 °C, però idealment per sota dels 1,5 °C. Aquest objectiu només s'aconseguirà si es duen a terme diverses accions simultàniament. Entre les accions necessàries, l'Agència Internacional de l'Energia suggereix que el subsòl pot contribuir entre el 20 i el 30% de la reducció total d'emissions de CO₂. Aquesta contribució prové principalment de l'emmagatzematge geològic de carboni, però també de l'energia geotèrmica, que és una energia renovable, i de l'emmagatzematge d'energia subterrani. Això últim és especialment important perquè les energies renovables no sempre produeixen energia en el moment en què la necessitem i, per tant, hem d'emmagatzemar energia quan hi ha un excés de producció i utilitzar l'energia emmagatzemada quan la demanda supera la producció. Com que les bateries no tenen prou capacitat, l'emmagatzematge d'energia en forma d'hidrogen, emmagatzematge d'energia comprimida (CAES, per les seves sigles en anglès) o emmagatzematge d'energia tèrmica aqüífera (ATES, per les seves sigles en anglès), exercirà un paper important per emmagatzemar l'energia de manera eficient.
L’inconvenient d'aquestes geoenergies és que quan injectem o extraïem fluids del subsòl, alterem la pressió dels porus, la temperatura, l'estat de tensions i la composició geoquímica de les formacions geològiques, que poden induir sismicitat si es desestabilitzen les fractures i/o falles. Les principals aplicacions de geoenergia que poden induir sismicitat i, per tant, poden beneficiar-se dels avenços d'aquest projecte es descriuen aquí, incloent el dany potencial al medi ambient, els animals o les plantes:
Energia geotèrmica
Es tracta d'una font d'energia renovable que proporciona energia sense fluctuacions diàries ni estacionals i està disponible a tot el món. Els projectes d'energia geotèrmica solen injectar i produir aigua de la mateixa formació geològica, creant un circuit tancat en el qual es reinjecta l'aigua bombada. Així, si el sistema no té fugides, no hauria d'haver-hi cap mal per al medi ambient, els animals o les plantes. El fluid circulant sol ser aigua, però amb una alta concentració d'ions dissolts perquè l'alta temperatura de la formació geològica afavoreix la dissolució dels minerals. Aquesta alta concentració d'ions dissolts pot provocar la precipitació de minerals quan la pressió i la temperatura descendeixen en els pous de bombament en acostar-se a la superfície, la qual cosa provoca la formació d'incrustacions en els pous (per exemple, Wanner et al., 2017). Aquest problema posa de manifest la importància de la composició geoquímica de l'aigua circulant en termes de funcionament i suggereix que seria aconsellable establir mesures que impedeixin que el fluid circulant arribi al medi ambient en cas de fugida al llarg de les canonades. Com a alternativa a l'aigua, s'ha suggerit utilitzar CO₂ com a fluid circulant per a produir energia geotèrmica (Brown, 2000; Randolph i Saar, 2011). En aquest cas, el CO₂ bombat també es reinjecta en el subsòl, per la qual cosa no hi ha riscos tret que hi hagi una fugida. Si es produeix una fugida de CO₂, no hi ha afecció al medi ambient perquè el CO₂ ja és present en l'atmosfera. No obstant això, si el CO₂ s'acumula en depressions o en soterranis d'edificis, podria ser letal per a les persones i els animals, ja que podrien morir per asfíxia. Per això, han de col•locar-se detectors de CO₂ al llarg de les canonades per a detectar possibles fugides de CO₂ i actuar ràpidament per a detenir-la.
Emmagatzematge geològic de carboni
L'objectiu d'aquesta aplicació és emmagatzemar permanentment grans quantitats de CO₂ en formacions geològiques profundes per a mitigar el canvi climàtic. Si l'emmagatzematge té èxit, el CO₂ romandrà permanentment en el subsòl a gran profunditat. No obstant això, existeix el risc que una petita part del CO₂ injectat es filtri al llarg dels pous, les falles o a través de la roca segell. Les fuites de CO₂ al llarg dels pous poden detectar-se controlant regularment la concentració de CO₂ en la boca del pou. Això va succeir en un pou del projecte pilot d'emmagatzematge de CO₂ de In Salah, a Algèria, i la fuita es va esmenar ràpidament després de la seva detecció (Ringrose et al., 2009). D'altra banda, les fuites de CO₂ a través de la roca segell o de les falles poden donar lloc a una fuita difusa que pot ser més difícil de detectar i remeiar. A més, el CO₂ no ha d'arribar necessàriament a la superfície per a produir danys en el medi ambient, atès que, si el CO₂ arrivés a aqüífers d'aigua dolça, podria contaminar els recursos d'aigua potable a causa de l'acidificació de l'aigua i l'alliberament de metalls pesants (Wang i Jaffe, 2004). El CO₂ difícilment penetrarà en la roca segell a causa de la seva elevada pressió d'entrada en els porus. Per tant, la probabilitat que el CO₂ es filtri a través de la roca segell, especialment si és gruixuda o es troba en conques sedimentàries multicapa, és molt baixa (Birkholzer et al., 2009). En canvi, s'ha produït un debat més actiu sobre la possibilitat que la sismicitat induïda augmenti la permeabilitat de les falles, donant lloc a fuites de CO₂ (Zoback i Gorelick, 2012a, 2012b, 2015; Juanes et al., 2012; Vilarrasa i Carrera, 2015a, 2015b). Atès que el basament cristal•lí està críticament estressat, però les roques sedimentàries en les quals es preveu injectar CO₂ no solen estar-ho (Vilarrasa i Carrera, 2015), els terratrèmols induïts es produeixen en la seva majoria en el basament cristal•lí per sota de les formacions magatzem, per la qual cosa l'augment de la permeabilitat de les falles es produeix per sota i no per sobre de la formació d'emmagatzematge (Verdon, 2014). A més, les falles situades en conques sedimentàries són molt heterogènies perquè travessen múltiples seqüències aqüífer-roca. Aquesta heterogeneïtat dificulta el flux ascendent de CO₂ en cas que aquest arribi a una falla (Rinaldi et al., 2014). No obstant això, és necessari realitzar un seguiment i interpretació de les dades mesurades per a detectar ràpidament possibles fuites de CO₂ i remeiar-les (Zeidouni i Pooladi-Darvish, 2012).
Emmagatzematge d'energia en aire comprimit (CAUS)
Aquesta aplicació geoenergètica consisteix a injectar aire a alta pressió en un aqüífer quan hi ha un excés de producció d'energia a partir de fonts renovables, i a bombar i recuperar l'energia quan la demanda és major que la producció de les fonts renovables. Com el fluid injectat és aire, aquesta aplicació no suposa cap perill per al medi ambient, els animals o les plantes. No obstant això, l'aigua dels aqüífers on s'injecta l'aire no hauria de tenir cap ús potencial perquè l'oxigen de l'aire injectat pot alterar la geoquímica de l'aqüífer.
Emmagatzematge de gas natural
L'emmagatzematge subterrani de gas (UGS, per les seves sigles en anglès) es realitza de manera rutinària per raons estratègiques per a garantir el subministrament de gas en períodes d'alta demanda. Quan hi ha menys demanda de gas, normalment a l'estiu, el gas s'emmagatzema i es bomba quan la demanda és elevada. El risc d'induir sismicitat en els UGS és baix, ja que, excepte excepcions (p.e. el cas Castor), els 640 emplaçaments de UGS a tot el món no han induït sismicitat percebuda en la superfície. No obstant això, cal ser acurats per a evitar qualsevol fuita perquè el metà és inflamable.
Atès que la sismicitat induïda sol estar associada a la fracturació hidràulica, dediquem unes línies a explicar aquesta aplicació de geoingenieria:
Tècniques de fracturació hidràulica
La fracturació hidràulica consisteix a injectar un fluid a alta pressió per a fracturar la roca. El fluid s'injecta a una pressió tan alta que la tensió efectiva mínima és igual a la resistència a tracció de la roca, la qual cosa genera una fractura per tracció perpendicular a la direcció de la tensió efectiva mínima. Per aquest motiu, la fracturació hidràulica es realitza per a millorar la permeabilitat de roques poc permeables. Encara que pot utilitzar-se per a l'estimulació de pous per a la producció d'energia geotèrmica, la seva aplicació més coneguda és la producció de gas d'esquist. El fluid injectat sol ser aigua, però també s'ha proposat utilitzar CO₂ (Middleton et al., 2015). La indústria del gas d'esquist sol afegir a l'aigua additius, que poden ser perillosos per al medi ambient, amb la finalitat de millorar el rendiment de les operacions de fracturació. A més d'aquests additius, el reflux que es produeix després de les operacions de fracturació hidràulica es torna radioactiu després d'entrar en contacte amb els radionuclèids presents en l'esquist que s'està fracturant hidràulicament. Per tant, el reflux de les operacions de fracturació hidràulica ha de gestionar-se amb extrema cura. Quant a la sismicitat induïda, la fracturació hidràulica genera microsismes de tan baixa magnitud que no poden sentir-se en la superfície del terreny. En rares ocasions, la fractura hidràulica generada pot travessar una falla, pressuritzant-la i provocant la seva reactivació i que es generi un terratrèmol percebut en superfície. Però la sismicitat percebuda no està directament induïda per la fracturació hidràulica. No obstant això, cal destacar que els riscos mediambientals relacionats amb la composició química del reflux i el risc de sismicitat induïda són completament diferents. De fet, encara que els riscos associats a la sismicitat induïda són baixos en la fracturació hidràulica, els riscos mediambientals relacionats amb aquestes operacions han d'avaluar-se específicament en cada cas per a decidir sobre la viabilitat d'aquests projectes.
REFERÈNCIES
Birkholzer, J. T., Zhou, Q., & Tsang, C. F. (2009). Large-scale impact of CO₂ storage in deep saline aquifers: A sensitivity study on pressure response in stratified systems. International Journal of Greenhouse Gas Control, 3(2), 181-194.
Brown, D. W. (2000). A hot dry rock geothermal energy concept utilizing supercritical CO₂ instead of water. In Proceedings of the twenty-fifth workshop on geothermal reservoir engineering, Stanford University (pp. 233-238).
Juanes, R., Hager, B. H., & Herzog, H. J. (2012). No geologic evidence that seismicity causes fault leakage that would render large-scale carbon capture and storage unsuccessful. Proceedings of the National Academy of Sciences, 109(52), E3623-E3623.
Middleton, R. S., Carey, J. W., Currier, R. P., Hyman, J. D., Kang, Q., Karra, S., Jimenez-Martinez, J., Porter, M. L., & Viswanathan, H. S. (2015). Shale gas and non-aqueous fracturing fluids: Opportunities and challenges for supercritical CO₂. Applied Energy, 147, 500-509.
Randolph, J. B., & Saar, M. O. (2011). Combining geothermal energy capture with geologic carbon dioxide sequestration. Geophysical Research Letters, 38(10), L10401.
Rinaldi, A. P., Jeanne, P., Rutqvist, J., Cappa, F., & Guglielmi, Y. (2014). Effects of fault‐zone architecture on earthquake magnitude and gas leakage related to CO₂ injection in a multi‐layered sedimentary system. Greenhouse Gases: Science and Technology, 4(1), 99-120.
Ringrose, P., Atbi, M., Mason, D., Espinassous, M., Myhrer, Ø., Iding, M., Mathieson, A., & Wright, I. (2009). Plume development around well KB-502 at the In Salah CO₂ storage site. First Break, 27(1).
Verdon, J. P. (2014). Significance for secure CO₂ storage of earthquakes induced by fluid injection. Environmental Research Letters, 9(6), 064022.
Vilarrasa, V., & Carrera, J. (2015a). Geologic carbon storage is unlikely to trigger large earthquakes and reactivate faults through which CO₂ could leak. Proceedings of the National Academy of Sciences, 201413284.
Vilarrasa, V., & Carrera, J. (2015b). Reply to Zoback and Gorelick: Geologic carbon storage remains a safe strategy to significantly reduce CO₂ emissions. Proceedings of the National Academy of Sciences, 112(33), E4511-E4511.
Wang, S., & Jaffe, P. R. (2004). Dissolution of a mineral phase in potable aquifers due to CO₂ releases from deep formations; effect of dissolution kinetics. Energy Conversion and Management, 45(18-19), 2833-2848.
Wanner, C., Eichinger, F., Jahrfeld, T., & Diamond, L. W. (2017). Causes of abundant calcite scaling in geothermal wells in the Bavarian Molasse Basin, Southern Germany. Geothermics, 70, 324-338.
Zeidouni, M., & Pooladi-Darvish, M. (2012). Leakage characterization through above-zone pressure monitoring: 2—Design considerations with application to CO₂ storage in saline aquifers. Journal of Petroleum Science and Engineering, 98, 69-82.
Zoback, M. D., & Gorelick, S. M. (2012a). Earthquake triggering and large-scale geologic storage of carbon dioxide. Proceedings of the National Academy of Sciences, 109(26), 10164-10168.
Zoback, M. D., & Gorelick, S. M. (2012b). Reply to Juanes et al.: Evidence that earthquake triggering could render long-term carbon storage unsuccessful in many regions. Proceedings of the National Academy of Sciences, 109(52), E3624-E3624.
Zoback, M. D., & Gorelick, S. M. (2015). To prevent earthquake triggering, pressure changes due to CO₂ injection need to be limited. Proceedings of the National Academy of Sciences, 112(33), E4510-E4510.