A energia geotérmica , uma fonte de energia limpa e contínua acessível em muitos locais, demorou a se popularizar. Há quase 2.000 anos, os romanos faziam amplo uso da energia geotérmica — o calor da Terra — inclusive no complexo termal da atual Bath, na Inglaterra. A eletricidade foi produzida pela primeira vez a partir de fontes geotérmicas no início do século XX, na Itália. Nos Estados Unidos, o campo geotérmico de Geysers, na Califórnia, começou a gerar eletricidade em larga escala em 1960 e, atualmente, produz rotineiramente mais de 725 megawatts de energia de base. 

Segundo a Agência Internacional de Energia (IEA), a energia geotérmica ainda supre menos de 1% da demanda global de eletricidade, embora países como o Quênia (mais de 40% da geração de eletricidade) e a Islândia (quase 30% da eletricidade e 90% do aquecimento) tenham apresentado uma ampla adoção.

Nos últimos anos, os avanços tecnológicos, o influxo de capital privado e as mudanças nas políticas energéticas e ambientais impulsionaram um renovado interesse na expansão do desenvolvimento da energia geotérmica. Se os custos dos projetos continuarem a diminuir, a AIE (Agência Internacional de Energia) prevê que a energia geotérmica poderá suprir 15% do crescimento da demanda global de eletricidade entre 2024 e 2050. Muitos países, incluindo os Estados Unidos, a Indonésia, a Nova Zelândia e a Turquia, estão priorizando a expansão da energia geotérmica como parte de suas estratégias energéticas mais amplas.

A geração de eletricidade em larga escala a partir de fontes geotérmicas dependerá de uma expansão significativa da chamada geotérmica de próxima geração. Esta se refere à extração do calor de rochas geradoras a temperaturas de 100 graus Celsius a mais de 400 graus Celsius, frequentemente a profundidades de vários quilômetros abaixo da superfície. No mês passado, o deputado federal americano Jake Auchincloss (democrata por Massachusetts) e o deputado Mark Amodei (republicano por Nevada) apresentaram um projeto de lei bipartidário para promover a pesquisa, os testes e o desenvolvimento de um tipo de energia geotérmica de próxima geração conhecida como rocha superaquecida.

Por meio de sua liderança na produção do influente relatório de 2006 " O Futuro da Energia Geotérmica ", liderado pelo ex-professor do MIT Jeff Tester, o MIT e a predecessora da Iniciativa de Energia do MIT (MITEI) desempenharam um papel importante na estratégia geotérmica nacional há duas décadas. Em 2008, pesquisadores do Centro de Ciência e Fusão de Plasma (PSFC) inventaram a perfuração por ondas milimétricas com o apoio de uma das primeiras bolsas de inovação da MITEI. A tecnologia, que pode ser particularmente útil para instalações geotérmicas em rochas superaquecidas e profundas, está sendo comercializada pela Quaise Energy, uma spin-off do MIT.

O MITEI está patrocinando projetos geotérmicos de próxima geração por meio de seu Centro de Sistemas de Energia do Futuro. Um projeto liderado pelo pesquisador científico do MITEI, Pablo Duenas-Martinez, concentra-se na tecnoeconomia da geração de eletricidade a partir de uma usina geotérmica localizada junto a um data center, um tema oportuno dada a proliferação de contratos de compra de energia (PPAs) para data centers que utilizam eletricidade gerada por energia geotérmica. O Simpósio de Primavera do MITEI, realizado em 4 de março , teve como foco a energia geotérmica de próxima geração para a geração de energia firme, e muitas das principais empresas de exploração, perfuração, desenvolvimento de reservatórios e tecnologia avançada que atuam nessa área enviaram painelistas e palestrantes. Em 5 de março, o MITEI colaborou com a Clean Air Task Force (CATF) para coorganizar a GeoTech Summit, que explorou a aceleração do desenvolvimento tecnológico e do investimento em energia geotérmica de próxima geração.

Para se preparar para o recente simpósio, o MITEI organizou um curso intensivo sobre geotermia durante o Período de Atividades Independentes (PAI) do MIT, que apresentou a mais de 40 membros da comunidade do MIT os fundamentos da geotermia, as principais tecnologias e as pesquisas relacionadas realizadas pelo MIT. Carolyn Ruppel, diretora adjunta de ciência e tecnologia do MITEI e organizadora do curso intensivo do PAI e do Simpósio de Primavera, afirma: “As empresas associadas ao MITEI, que representam vozes influentes nos setores de energia, geração de energia, infraestrutura, indústria pesada e tecnologia digital, estão nos procurando cada vez mais para demonstrar seu interesse na geotermia de próxima geração. Há também um bom impulso se formando em todo o MIT, desde projetos no Laboratório de Recursos da Terra até a plataforma de testes de ondas milimétricas que está sendo desenvolvida pelo PSFC e seus colaboradores do MIT, projetos individuais em departamentos acadêmicos e, claro, o trabalho que o MITEI vem financiando.”

As temperaturas a algumas dezenas de metros abaixo da superfície são geralmente estáveis durante todo o ano. Em alguns locais, essas temperaturas são mais altas do que na superfície no inverno e mais baixas no verão, o que possibilita o uso de bombas de calor geotérmicas para regular a temperatura em edifícios ao longo do ano. Com vista para o Rio Charles, o Centro de Computação e Ciência de Dados da Universidade de Boston, com 19 andares, supre cerca de 90% de suas necessidades de aquecimento e resfriamento utilizando esse tipo de sistema geotérmico. Em grandes instituições ou cidades inteiras, redes térmicas, aquecimento urbano e outras abordagens podem fornecer calor de forma eficiente a partir de fontes geotérmicas superficiais sem produzir emissões de gases de efeito estufa.

A exploração de fontes geotérmicas mais quentes e geralmente mais profundas poderia gerar grandes quantidades de eletricidade por décadas em um único local. Geotérmica de próxima geração é o termo aplicado a esses sistemas de alta temperatura desenvolvidos com o uso de tecnologias aprimoradas, avançadas e superquentes. A geotérmica aprimorada refere-se à circulação de fluidos através de sistemas de fraturas artificiais em rochas profundas e secas com permeabilidade natural relativamente baixa. A geotérmica avançada adota uma abordagem de circuito fechado, na qual um fluido de trabalho é aquecido por meio de sua circulação em tubos embutidos no subsolo. A geotérmica superquente, que ainda está em seus estágios iniciais, provavelmente utilizará tecnologia geotérmica aprimorada para circular água supercrítica através da rocha a quase 400 °C.   

Perfure a profundidade necessária e encontrará recursos geotérmicos de alta temperatura praticamente onipresentes sob os continentes, mas o desenvolvimento inicial deve se concentrar nos locais mais promissores, onde os métodos e tecnologias para alcançar rotineiramente essas rochas mais quentes possam ser testados e aprimorados. Locais como a Islândia e o estado de Nevada, no sudoeste dos EUA, onde as placas tectônicas estão se separando ou a camada externa da Terra está se tornando mais fina, apresentam temperaturas mais altas perto da superfície do que áreas como o nordeste dos Estados Unidos, onde a crosta terrestre é antiga, espessa e mais fria. Mesmo no sudoeste dos Estados Unidos, porém, alcançar as altas temperaturas necessárias para a geração de eletricidade por meio de sistemas geotérmicos exigirá perfurações rotineiras a profundidades superiores a 4 quilômetros em rochas cristalinas. Isso é significativamente mais desafiador do que perfurar as bacias sedimentares que abrigam a maior parte das reservas mundiais de petróleo e gás. 

Para que um local seja adequado para uma instalação geotérmica de última geração, é necessário não apenas calor, mas também um fluido (geralmente água) para transportá-lo. A água que circula pela formação rochosa para extrair calor pode estar presente naturalmente ou ser trazida de outro local e injetada no reservatório. Esse tipo de sistema também requer permeabilidade interconectada, como uma rede de fraturas projetada para evitar perdas significativas de fluido e canalizá-lo em direção ao poço de extração. Os sistemas de circuito fechado (avançados) substituem a água em livre circulação por um fluido de trabalho com características térmicas favoráveis, confinado em tubulações.

Diversos métodos geofísicos são utilizados para encontrar locais com calor suficiente a poucos quilômetros da superfície, um pré-requisito para o seu desenvolvimento como instalações geotérmicas de próxima geração. Além das medições diretas de temperatura em furos de sondagem, os levantamentos de resistividade elétrica e magnetotelúricos estão entre os mais úteis para inferir os regimes de temperatura do subsolo. Ambas as técnicas inferem a estrutura de condutividade elétrica abaixo do solo, permitindo a identificação de rochas relativamente mais quentes e permeáveis.

A perfuração costuma ser a etapa mais demorada e cara na preparação de um terreno para uma usina geotérmica. Isso é particularmente verdadeiro para a geotermia de nova geração, onde os alvos podem estar em grandes profundidades ou o projeto do sistema pode exigir perfuração horizontal em larga escala. Nos últimos anos, diversas inovações aumentaram as taxas de perfuração, as profundidades e temperaturas alcançáveis, além de reduzir os custos. Mesmo assim, com levantamentos geofísicos de alta qualidade, “você pode gastar US$ 10 milhões em um poço exploratório e não encontrar calor”, afirma Andrew Inglis, responsável pela criação de empreendimentos para o canal geotérmico no MIT Proto Ventures. 

A geotermia superquente, uma abordagem geotérmica de próxima geração que está avançando rapidamente, apresenta desafios especiais. As ferramentas de perfuração metálicas, as rochas da formação e os fluidos circulantes comportam-se de maneira diferente em temperaturas de várias centenas de graus, e as práticas, materiais e sensores padrão precisam ser significativamente modificados para suportar as condições extremas. Quando as temperaturas excedem 374 °C em um furo de sondagem, mesmo a cerca de 1 km de profundidade, a água atinge um estado supercrítico. Isso apresenta vantagens substanciais para a extração de calor da formação, mas introduz o risco de corrosão rápida do metal e precipitação de sais e sílica que podem obstruir rapidamente o furo. Pesquisadores estão investigando a substituição da água por dióxido de carbono supercrítico como fluido de trabalho para a geotermia superquente.

A tecnologia de perfuração por ondas milimétricas, inventada no PSFC e comercializada pela Quaise Energy, é a inovação geotérmica de próxima geração de maior destaque surgida no MIT até o momento. A tecnologia de ondas milimétricas utiliza energia de micro-ondas para vaporizar rochas e pode se mostrar várias vezes mais rápida do que a perfuração convencional. O PSFC e uma equipe multidisciplinar do MIT estão desenvolvendo um laboratório dedicado  para estudar como a perfuração por ondas milimétricas interage com rochas cristalinas em condições realistas de pressão e temperatura, e para testar melhorias na tecnologia existente. Steve Wukitch, diretor interino e principal pesquisador científico do PSFC, observa que “a instalação que estamos construindo no MIT nos permitirá testar amostras 500 vezes maiores do que é possível atualmente. Este é um passo importante para investigar tecnologias que podem desbloquear a energia geotérmica superaquecida.”

A MIT Proto Ventures , que se concentra na criação de startups baseadas em tecnologia inventada no MIT, atualmente hospeda um canal dedicado à energia geotérmica liderado por Inglis. Desde que chegou ao MIT no final de 2024, Inglis identificou invenções e pesquisas que podem impulsionar a próxima geração da energia geotérmica em disciplinas tão diversas quanto engenharia mecânica e de materiais, geociências e química. Exemplos de tecnologias originadas por pesquisadores do MIT incluem sensores que medem microfissuras em rochas de alta temperatura, ligas metálicas avançadas que podem lidar com fluidos superaquecidos a uma fração do custo do titânio e revestimentos anti-incrustantes para proteger tubulações dos geofluidos cáusticos comuns em sistemas quentes e profundos.

No recente Simpósio de Primavera do MITEI, esses inovadores do MIT apresentaram sua tecnologia às empresas membros do MITEI em uma sessão liderada por Inglis. Wukitch, que moderou um painel sobre perfuração avançada, descreveu o projeto de teste de ondas milimétricas, e Duenas-Martinez liderou um painel sobre geração e armazenamento de energia. Terra Rogers, diretora de energia geotérmica de rocha superaquecida do CATF e organizadora da Cúpula GeoTech conjunta CATF-MITEI em 5 de março, liderou uma discussão sobre políticas internacionais e dos EUA e o ambiente regulatório para a expansão da energia geotérmica de próxima geração. 

Entre os apresentadores de pôsteres estavam alunos de pós-graduação e pesquisadores do MIT, o D-Lab do MIT e o grupo de estudantes do MIT Geo@MIT, focado em energia geotérmica, que foi reconhecido com um prêmio bônus de 2024 pelo Escritório de Tecnologias Geotérmicas do Departamento de Energia dos EUA na competição nacional EnergyTech University Prize.