Pozos de Petróleo Reutilizados: Una Nueva Frontera en el Almacenamiento de Energía Verde

La temperatura media global de la superficie ya está aproximadamente 1,2 °C por encima de los niveles preindustriales, lo que provoca eventos climáticos extremos que representan un riesgo para los humanos, los animales y la infraestructura.

El sector energético es uno de los principales impulsores de la contaminación y el calentamiento global, con la combustión de combustibles fósiles como principal fuente de gases de efecto invernadero (GEI) y contaminantes del aire. Esto ha llevado al movimiento de transición energética, que implica un cambio de los combustibles fósiles a fuentes de energía renovable, como el viento y la solar.

La transición hacia la energía renovable se está acelerando a un ritmo fuerte con el objetivo de crear un sistema energético cero carbono para 2050. 

El Auge de la Energía Renovable – Pero con una Trampa

La capacidad de energía renovable experimentó un aumento masivo en 2024, alcanzando 4.448 gigavatios (GW), según la International Renewable Energy Agency (IRENA). 

La adición de 585 GW el año pasado representa en realidad el 92,5 % de la expansión total de capacidad y una tasa récord (15,1 %) de crecimiento anual.

“El crecimiento continuo de las renovables que observamos cada año es evidencia de que son económicamente viables y de fácil despliegue. Cada año siguen batiendo sus propios récords de expansión, pero también enfrentamos los mismos desafíos de grandes disparidades regionales y el reloj que avanza, ya que la fecha límite de 2030 es inminente.” 

– IRENA Director-General Francesco La Camera

Entre los tipos de energía renovable, la energía solar tuvo la mayor expansión de capacidad, con un 32,2 %, alcanzando 1.865 GW. En este sentido, la energía fotovoltaica solar aumentó en 451,9 GW el año pasado, con China añadiendo sola 278 GW a la expansión total, seguida por India con 24,5 GW.

La energía solar fue seguida por la energía eólica, que creció un 11,1 %, aunque la expansión disminuyó un poco hasta alcanzar una capacidad de 1.133 GW. Esta expansión estuvo dominada por China y EE. UU.

La capacidad hidroeléctrica, excluyendo la hidroenergía de almacenamiento por bombeo, subió a 1.283 GW, nuevamente impulsada por China. La bioenergía también aumentó en 4,6 GW de capacidad, con China y Francia aportando 1,3 GW cada una. Nueva Zelanda lideró la expansión de la energía geotérmica, que aumentó en 0,4 GW en total.

Si bien las fuentes de energía renovable ofrecen una forma prometedora de avanzar en la transición energética, la energía verde como el viento y la solar es intermitente por naturaleza. Esto requiere mejores formas de almacenar energía para su uso posterior.

Como solución, investigadores de Penn State han propuesto reutilizar pozos de petróleo y gas agotados para almacenamiento de energía por aire comprimido asistido por geotermia (GA-CAES), lo que podría mejorar la eficiencia de los sistemas de almacenamiento de energía en un 9,5 %.

Según el autor correspondiente del estudio, Arash Dahi Taleghani, profesor de ingeniería de petróleo y gas natural en Penn State:

“El problema es que a veces, cuando necesitamos energía, no hay sol o no hay viento. Eso es una gran barrera contra la mayor expansión de la mayoría de la energía renovable disponible para nosotros. Por eso es muy importante contar con cierta capacidad de almacenamiento para apoyar la red.”

Solución de Almacenamiento de Energía a Gran Escala y de Larga Duración

El almacenamiento de energía es clave para un sistema energético estable, fiable y sostenible. Al capturar la energía producida para su uso posterior, permite la integración de fuentes renovables intermitentes, mejora la estabilidad de la red y maximiza la utilización de la energía eólica y solar. Además, reduce la dependencia de los combustibles fósiles, disminuyendo así las emisiones de gases de efecto invernadero.

Esto no es todo. El almacenamiento de energía promueve la resiliencia energética durante eventos climáticos extremos y apoya la electrificación del sector del transporte. También es esencial para ampliar el acceso a la energía en áreas remotas y crear oportunidades económicas. 

Por lo tanto, el almacenamiento de energía es crítico para lograr un futuro energético sostenible y limpio. Ahora existen diferentes formas de almacenar energía, siendo el Almacenamiento de Aire Comprimido (CAES) una de ellas.

CAES, como su nombre indica, es una tecnología que comprime aire y lo almacena. Funciona de la siguiente manera: cuando la demanda eléctrica es baja, la energía excedente se utiliza para comprimir aire y luego se almacena en tanques o bajo tierra. Cuando la demanda eléctrica es alta, el aire comprimido se libera para impulsar una turbina y generar electricidad. 

La tecnología ha sido investigada seriamente y está disponible comercialmente desde hace más de medio siglo, gracias a su capacidad de almacenar cantidades significativas de energía durante largos períodos.

Además de ofrecer almacenamiento a gran escala y de larga duración, los sistemas CAES pueden escalarse fácilmente para satisfacer diferentes necesidades de almacenamiento de energía. Asimismo, utilizan aire limpio y disponible, lo que lo convierte en una tecnología de almacenamiento de energía verde. Como resultado, CAES está atrayendo un creciente interés de inversores, servicios públicos y gobiernos.

Por supuesto, existen desventajas en términos de menores eficiencias de ciclo, tiempo de respuesta más lento y alto costo de capital. Por ello, la investigación en este área se centra en mejorar la eficiencia y la rentabilidad de los sistemas CAES. 

La investigación más reciente, respaldada por el Departamento de Energía de EE. UU., se centra en aumentar la eficiencia económica de CAES.

Un Nuevo Enfoque para el Almacenamiento de Energía Verde

Los métodos de almacenamiento de energía a gran escala como CAES han atraído mucha atención para equilibrar mejor la oferta y la demanda de energía.

En las últimas décadas, las tecnologías CAES han madurado significativamente y se han construido varias instalaciones CAES. Por ejemplo, los proyectos del Bethel Energy Center (324 MW) y la planta CAES de Mclntosh (110 MW) en EE. UU.

Sin embargo, la mayoría de las plantas CAES existentes son diabáticas, señaló el nuevo estudio, publicado en el Journal of Energy Storage.

Esto significa que pierden calor durante la compresión y no tienen opción de reutilizarlo. Además, usar combustibles fósiles para expandir el aire genera emisiones adicionales de GEI y reduce la eficiencia del sistema.

Mientras que A-CAES (almacenamiento de aire comprimido adiabático) resuelve este problema almacenando el calor generado durante la compresión y reutilizándolo antes de la expansión, solo existen un número limitado de plantas piloto de este tipo debido a su mayor inversión inicial y la necesidad de contenedores de alta presión con gran capacidad de volumen para un almacenamiento de aire altamente eficiente.

Así, la investigación investigó la viabilidad de incorporar pozos de petróleo y gas abandonados (AOGWs) en el desarrollo de CAES mediante modelos conceptuales, matemáticos y numéricos para resolver el problema.

Según la Environmental Protection Agency, se estima que existen 3,9 millones de pozos agotados, lo que representa una oportunidad masiva. 

El número creciente de pozos huérfanos suele carecer de mantenimiento y monitoreo adecuados y presenta un alto riesgo de fugas de gases de efecto invernadero, contaminación del agua subterránea y del suelo.

Para abordar este problema, el gobierno de EE. UU. ha realizado varios esfuerzos, incluido un premio de 560 millones de dólares a 24 estados para tapar, sellar y recuperar estos pozos. La Ley de Inversión en Infraestructura y Empleos (IIJA) también asignó 4,75 mil millones de dólares para remediar y monitorear estos pozos en todo el país.

Sin embargo, a pesar de los esfuerzos, estos AOGWs siguen siendo un gran desafío para el gobierno. Reutilizar estos pozos huérfanos como activos para energía renovable e integrarlos en la transición energética presenta una solución sólida a este problema.

Después de todo, estos espacios subterráneos ofrecen varias ventajas únicas, como estabilidad e aislamiento natural, que los hacen ideales para diversas tecnologías de almacenamiento de energía. Reutilizarlos revitaliza sitios abandonados, reduce la huella de carbono de la producción de energía y puede incluso integrarse con otros sistemas energéticos.

La investigación propone usar estos pozos abandonados como contenedores CAES económicos sellando y convirtiendo su estructura. También propone usar el calor geotérmico subterráneo para calentar aún más el aire almacenado y aumentar su presión.

La investigación se realizó como parte del Repurposing Center for Energy Transition (ReCET) de Penn State, que busca reutilizar la infraestructura energética fósil existente para aplicaciones de transición energética, especialmente en comunidades energéticas tradicionales.

Una Solución Ganar‑Ganar para Todos los Interesados

Con los costos iniciales limitando el desarrollo comercial de plantas CAES, los científicos propusieron el sistema de almacenamiento de aire comprimido asistido por geotermia usando pozos de petróleo y gas abandonados, que según encontraron puede mejorar la eficiencia en un 9,5 %.

Esto significa que una mayor cantidad de energía almacenada en ellos puede recuperarse y convertirse en electricidad.

“Esta mejora en la eficiencia puede ser un factor decisivo para justificar la economía de los proyectos de almacenamiento de aire comprimido. Además, podríamos evitar significativamente el costo inicial al usar pozos de petróleo y gas existentes que ya no están en producción. Esto podría ser una situación ganar‑ganar.”

– Taleghani

Reutilizar estos pozos, que han perdido su viabilidad económica para producir petróleo o gas, permitiría a los operadores acceder al calor geotérmico en formaciones rocosas calientes bajo tierra. Esto eliminaría los costosos gastos iniciales de perforar nuevos pozos, potencialmente aumentaría sus ganancias y haría la tecnología más atractiva.

Según la investigación, reutilizar las instalaciones preexistentes mejora la viabilidad económica,, y usar la energía geotérmica del reservorio circundante aumenta aún más la eficiencia del sistema. 

Otra ventaja de usar estos pozos calentados es que podrían almacenar potencialmente más energía porque, al aumentar la temperatura, el aire comprimido incrementa su presión. El equipo utilizó simulaciones de modelado numérico y encontró que colocar sistemas CAES en estos pozos huérfanos mejora sustancialmente la temperatura del aire en los sistemas. Según Taleghani:

“Sin aprovechar la configuración geotérmica, no se podrían obtener números suficientemente alentadores.” 

Además, “perforar nuevos pozos puede no justificar la economía de este tipo de almacenamiento. Pero al combinar estos dos factores, y al ir y venir entre modelado y simulación, descubrimos que podría ser una muy buena solución,” añadió Taleghani. 

Además de ayudar a que CAES juegue un papel clave en la transición energética limpia al abordar el problema de la intermitencia de las fuentes renovables, reutilizar pozos de petróleo y gas huérfanos también puede ayudar a mitigar los impactos ambientales de los pozos agotados. 

La reutilización también puede proporcionar nuevas oportunidades de empleo en regiones con ricas tradiciones industriales energéticas. Pensilvania es un buen ejemplo, con un estimado de 300.000 pozos abandonados.

El daño a estos pozos o su tapado inadecuado puede filtrar metano a la atmósfera y al agua subterránea. Por lo tanto, la propuesta de reutilización de los investigadores “básicamente está matando dos pájaros de un tiro.”

“Primero, estamos sellando estos pozos. Eso detiene cualquier posible fuga. Y luego, si reutilizamos estos pozos para almacenamiento de energía, seguimos usando la infraestructura que ya está presente en estas comunidades. Puede mantener potencialmente el empleo en la zona y permitir que las comunidades formen parte del futuro energético.” 

– Taleghani

En cuanto a la aplicación real del enfoque que podría proporcionar un método rentable y sostenible para almacenar energía renovable utilizando infraestructura existente, la implementación podría comenzar dentro de los próximos 5 a 7 años, pendiente de más investigación y aprobaciones regulatorias.

Empresa Innovadora

NextEra Energy, Inc. (NEE )

Una empresa líder en energía limpia, NextEergy tiene su sede en Florida e invierte en generación de energía renovable y soluciones avanzadas de almacenamiento de energía, incluidas tecnologías CAES. 

NextEra Energy es propietaria de Florida Power & Light Company (FPL), la mayor empresa eléctrica de EE. UU. FPL proporciona electricidad limpia, asequible y fiable a aproximadamente 12 millones de personas en Florida. El mes pasado, FPL presentó una solicitud de cuatro años a la Comisión de Servicios Públicos de Florida (PSC) para establecer nuevas tarifas una vez que finalice este año su acuerdo de tarifa base actual. 

Según la propuesta, a partir de 2026 hasta 2029, la factura habitual de 1.000 kWh de un cliente residencial sería aproximadamente un 20 % menor que hace dos décadas, ajustado por inflación. Mientras tanto, las facturas de clientes empresariales pequeñas y medianas aumentarían a una tasa anual promedio del 1 % al 5 %.

El negocio de energía limpia de Next Energy —NextEra Energy Resources— es el mayor generador de energía renovable del sol y el viento, junto con almacenamiento en baterías. La compañía también genera electricidad limpia a partir de sus plantas nucleares comerciales. Hay un total de siete unidades de este tipo distribuidas en New Hampshire, Wisconsin y Florida.

En cuanto a las finanzas de la empresa, Next Energy, que tiene una capitalización de mercado de 143,4 mil millones de dólares, informó una utilidad neta bajo normas GAAP de 1,203 mil millones de dólares, 0,58 dólares por acción, para el cuarto trimestre de 2024 y 0,53 dólares por acción en una base ajustada.

Para el año completo 2024, la utilidad neta bajo normas GAAP fue de 6,946 mil millones de dólares, o 3,37 dólares por acción, y las ganancias ajustadas fueron de 7,063 mil millones de dólares, o 3,43 dólares por acción, lo que representa un aumento de más del 8 % respecto al año anterior.

“NextEra Energy tuvo un año excelente de ejecución en 2024,” dijo el CEO John Ketchum, al señalar que generó más electricidad e invirtió más en infraestructura energética que cualquier otra empresa en EE. UU. 

En 2024, la compañía puso en servicio alrededor de 8,7 gigavatios de nuevos proyectos de renovables y almacenamiento. El CEO Ketchum declaró:

“Con experiencia en cada parte de la cadena de valor energético, NextEra Energy está bien posicionada para capitalizar el conjunto de oportunidades que se avecina y la creciente demanda de energía que está ocurriendo ahora en EE. UU.”

Al momento de escribir, las acciones de NEE cotizan a 69,73 USD, con una caída del 2,73 % en lo que va del año. El rendimiento por dividendo pagado por la compañía es bastante atractivo, aunque del 3,25 %.

A principios de este año, la compañía anunció sus planes de expandir su generación de gas natural y nuclear para satisfacer la creciente demanda de electricidad. El auge de la IA ha sido el principal motor del significativo aumento del consumo de energía en EE. UU., además de la creciente electrificación de la economía. Esto ha creado una demanda de nuevas plantas de gas y ha reavivado el interés en la energía nuclear.

Para satisfacer esta demanda, NextEra Energy se ha asociado con GE Vernova (NYSE: GEV), que tiene una capitalización de mercado de 87,65 mil millones de dólares. Según GE Vernova, los centros de datos prefieren el gas sobre el viento y el sol, con pedidos de turbinas de gas que se duplicaron a 20 gigavatios el año pasado y se espera que sean aún más fuertes este año, porque necesitan energía las 24 horas del día. 

Con la ayuda del fabricante de turbinas de gas, la compañía atenderá las necesidades energéticas de los centros de datos. 

“La idea sería dirigirse a clientes de gran carga y hacerlo de manera integrada donde podamos combinar generación a gas con renovables y almacenamiento en baterías.”

– Ketchum dijo a finales de enero

NexEra también ha iniciado el proceso de reinicio de su planta nuclear en Iowa, el Duane Arnold Energy Center, que se cerró en 2019. Para ello, ha presentado una solicitud a la Comisión Reguladora Nuclear de EE. UU. para un cambio de licencia y apunta a ponerla en funcionamiento antes de finales de 2028.

El verano pasado, la NextEra Energy Foundation también financió un centro habilitado por IA de 1 millón de dólares de la Universidad de Florida Atlantic’s College of Engineering and Computer Science. El proyecto cuenta con pantallas de pared a pared, replicando la red inteligente de FPL para eventos climáticos severos.

En abril, Ketchum también compartió el potencial de que el mercado de renovables y almacenamiento de energía se triplique en tamaño durante los próximos siete años en comparación con los siete anteriores, impulsado por la creciente demanda de la construcción de centros de datos.

Los desarrolladores de centros de datos buscan energía de bajo costo, una contribución a la descarbonización y la ubicación adecuada para acelerar la puesta en marcha. Además, la fabricación de chips y la industria del petróleo y gas también se están electrificando, lo que genera “una demanda eléctrica significativa”.

Últimas noticias sobre Next Era Energy, Inc.

Conclusión

El camino hacia emisiones netas cero implica a la energía renovable como un componente crítico que puede ayudar a reducir los combustibles fósiles al proporcionar fuentes de energía limpias. Sin embargo, la revolución de la energía limpia y verde necesita soluciones prometedoras de almacenamiento de energía a gran escala.

Aunque el almacenamiento de energía por aire comprimido (CAES) ofrece la solución, tiene sus propios problemas en términos de baja eficiencia y alto costo. Pero la investigación más reciente ofrece un enfoque innovador para reducir significativamente la inversión inicial y aumentar la eficiencia.

Reutilizar pozos de petróleo y gas abandonados para aplicaciones de almacenamiento de energía e integrar la energía geotérmica en el sistema aumenta aún más la eficiencia y, además, reduce los impactos ambientales.

Este nuevo arreglo representa un avance significativo en soluciones energéticas sostenibles, ofreciendo una vía hacia sistemas CAES más limpios y rentables y un futuro energético más resiliente y respetuoso con el medio ambiente.

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