Poços de Petróleo Reaproveitados: Uma Nova Fronteira no Armazenamento de Energia Verde

A temperatura média global da superfície já está cerca de 1,2 °C acima dos níveis pré‑industriais, causando eventos climáticos extremos que representam risco para humanos, animais e infraestrutura.

O setor de energia é um dos principais impulsionadores da poluição e do aquecimento global, com a combustão de combustíveis fósseis sendo a principal fonte de emissões de gases de efeito estufa (GEE) e poluentes atmosféricos. Isso levou ao movimento de transição energética, que é uma mudança dos combustíveis fósseis para fontes de energia renovável, como vento e solar.

A transição para energia renovável está acelerando em ritmo forte com o objetivo de criar um sistema energético zero carbono até 2050. 

A Ascensão da Energia Renovável – Mas com um Obstáculo

A capacidade de energia renovável registrou um aumento massivo em 2024, atingindo 4,448 gigawatts (GW), de acordo com a Agência Internacional de Energia Renovável (IRENA). 

A adição de 585 GW no ano passado representa, na verdade, 92,5 % da expansão total de capacidade e uma taxa recorde (15,1 %) de crescimento anual.

“O crescimento contínuo das renováveis que testemunhamos a cada ano é evidência de que as renováveis são economicamente viáveis e prontamente implantáveis. A cada ano elas continuam quebrando seus próprios recordes de expansão, mas também enfrentamos os mesmos desafios de grandes disparidades regionais e o relógio correndo, já que o prazo de 2030 está iminente.” 

– Francesco La Camera, Diretor‑Geral da IRENA

Entre os tipos de energia renovável, a energia solar teve a maior expansão de capacidade, de 32,2 %, atingindo 1,865 GW. Nesse contexto, a energia fotovoltaica solar aumentou em 451,9 GW no ano passado, com a China sozinha adicionando 278 GW à expansão total, seguida pela Índia com 24,5 GW.

A energia solar foi seguida pela energia eólica, que cresceu 11,1 %, embora a expansão tenha diminuído um pouco, atingindo 1.133 GW de capacidade. Essa expansão foi dominada pela China e pelos EUA.

A capacidade de hidrelétrica, excluindo a hidrelétrica de armazenamento por bombeamento, subiu para 1.283 GW, novamente impulsionada pela China. A bioenergia também aumentou 4,6 GW de capacidade, com China e França contribuindo com 1,3 GW cada. A Nova Zelândia liderou a expansão da energia geotérmica, que aumentou 0,4 GW no total.

Embora as fontes de energia renovável ofereçam um caminho promissor para avançar a transição energética, a energia verde como vento e solar é intermitente por natureza. Isso requer melhores formas de armazenar energia para uso posterior.

Como solução, pesquisadores da Penn State propuseram reaproveitar poços de petróleo e gás esgotados para armazenamento de energia por ar comprimido assistido por geotérmica (GA-CAES), o que pode potencialmente aumentar a eficiência dos sistemas de armazenamento de energia em 9,5 %.

“O problema é que às vezes, quando precisamos de energia, não há sol ou não há vento. Isso representa uma grande barreira contra a expansão adicional da maior parte da energia renovável que temos disponível. Por isso é muito importante ter alguma capacidade de armazenamento para apoiar a rede.”

Solução de Armazenamento de Energia em Grande Escala e Longa Duração

Armazenamento de energia é fundamental para um sistema energético estável, confiável e sustentável. Ao capturar a energia produzida para uso posterior, ele permite a integração de fontes renováveis intermitentes, melhora a estabilidade da rede e maximiza a utilização da energia eólica e solar. Além disso, reduz a dependência de combustíveis fósseis, diminuindo assim as emissões de gases de efeito estufa.

Isso não é tudo. O armazenamento de energia promove resiliência energética durante eventos climáticos extremos e apoia a eletrificação do setor de transporte. Também é essencial para expandir o acesso à energia em áreas remotas e criar oportunidades econômicas. 

Portanto, o armazenamento de energia é crítico para alcançar um futuro energético sustentável e limpo. Atualmente, existem diferentes formas de armazenar energia, sendo o Armazenamento de Energia por Ar Comprimido (CAES) uma delas.

O CAES, como o nome sugere, é uma tecnologia que comprime ar e o armazena. Seu funcionamento consiste em, quando a demanda de eletricidade é baixa, utilizar energia excedente para comprimir o ar e armazená‑lo em tanques ou subterraneamente. Quando a demanda de eletricidade é alta, o ar comprimido é liberado para acionar uma turbina e gerar eletricidade. 

A tecnologia tem sido seriamente investigada e está comercialmente disponível há mais de meio século, graças à sua capacidade de armazenar quantidades significativas de energia por longos períodos.

Além de oferecer armazenamento em grande escala e de longa duração, os sistemas CAES podem ser facilmente dimensionados para atender diferentes necessidades de armazenamento de energia. Além disso, utilizam ar limpo e prontamente disponível, o que os torna uma tecnologia de armazenamento de energia verde. Como resultado, o CAES tem atraído crescente interesse de investidores, concessionárias e governos.

É claro que há desvantagens em termos de menores eficiências de ciclo, tempo de resposta mais lento e alto custo de capital. Como resultado, a pesquisa nessa área foca em melhorar a eficiência e a relação custo‑benefício dos sistemas CAES.

A pesquisa mais recente, apoiada pelo Departamento de Energia dos EUA, foca em aumentar a eficiência econômica do CAES.

Uma Nova Abordagem para o Armazenamento de Energia Verde

Métodos de armazenamento de energia em grande escala como o CAES têm atraído muita atenção para equilibrar melhor a oferta e a demanda de energia.

Nas últimas décadas, as tecnologias CAES amadureceram significativamente e várias instalações CAES foram construídas. Por exemplo, os projetos Bethel Energy Center (324 MW) e a usina CAES Mclntosh (110 MW) nos EUA.

No entanto, a maioria das usinas CAES existentes são diabáticas, observou o novo estudo, publicado no Journal of Energy Storage.

Isso significa que elas perdem calor durante a compressão e não têm opção de reutilização. Além disso, usar combustíveis fósseis para expandir o ar causa emissões adicionais de GEE e reduz a eficiência do sistema.

Enquanto o A-CAES (armazenamento de energia por ar comprimido adiabático) resolve esse problema armazenando o calor gerado durante a compressão e reutilizando‑o antes da expansão, há apenas um número limitado de plantas piloto desse tipo devido ao seu investimento inicial mais alto e à necessidade de recipientes de alta pressão com grande capacidade de volume para armazenamento de ar altamente eficiente.

Portanto, a pesquisa investigou a viabilidade de incorporar poços de petróleo e gás abandonados (AOGWs) no desenvolvimento de CAES usando modelos conceituais, matemáticos e numéricos para resolver o problema.

De acordo com a Agência de Proteção Ambiental (EPA), estima‑se que existam 3,9 milhões desses poços esgotados, oferecendo uma oportunidade enorme. 

O número crescente de poços órfãos geralmente carece de manutenção e monitoramento adequados e apresenta alto risco de vazamento de gases de efeito estufa, poluição de água subterrânea e contaminação do solo.

Para enfrentar esse problema, o governo dos EUA tomou várias medidas, incluindo US$ 560 milhões concedidos a 24 estados para tampar, fechar e recuperar esses poços. O Infrastructure Investment and Jobs Act (IIJA) também destinou US$ 4,75 bilhões para remediar e monitorar esses poços em todo o país.

No entanto, apesar dos esforços, esses AOGWs continuam sendo um grande desafio para o governo. Reutilizar esses poços órfãos como ativos para energia renovável e integrá‑los à transição energética apresenta uma solução sólida para esse problema.

Afinal, esses espaços subterrâneos oferecem várias vantagens únicas, como estabilidade e isolamento natural, que os tornam ideais para diversas tecnologias de armazenamento de energia. Reaproveitá‑los revitaliza locais abandonados, reduz a pegada de carbono da produção de energia e pode até ser integrado a outros sistemas energéticos.

A pesquisa propõe usar esses poços abandonados como contêineres CAES de baixo custo, selando e convertendo sua estrutura. Também propõe usar calor geotérmico subterrâneo para aquecer ainda mais o ar armazenado e aumentar sua pressão.

A pesquisa foi conduzida como parte do Repurposing Center for Energy Transition (ReCET) da Penn State, que busca reaproveitar a infraestrutura energética fóssil existente para aplicações de transição energética, especialmente em comunidades energéticas legadas.

Uma Solução Ganha‑Ganha para Todos os Stakeholders

Com os custos iniciais limitando o desenvolvimento comercial de usinas CAES, os cientistas propuseram o sistema de armazenamento de energia por ar comprimido assistido por geotérmica usando poços de petróleo e gás abandonados, que eles descobriram poder melhorar a eficiência em 9,5 %.

Isso significa que uma maior quantidade de energia armazenada neles pode ser recuperada e convertida em eletricidade.

“Essa melhoria na eficiência pode ser um divisor de águas para justificar a economia dos projetos de armazenamento de energia por ar comprimido. Além disso, poderíamos evitar significativamente o custo inicial ao usar poços de petróleo e gás existentes que não estão mais em produção. Isso poderia ser uma situação ganha‑ganha.”

– Taleghani

Reutilizar esses poços, que perderam sua viabilidade econômica para produção de petróleo ou gás, permitiria aos operadores acessar calor geotérmico em formações rochosas quentes subterrâneas. Isso eliminará os altos custos iniciais de perfuração de novos poços, potencialmente aumentará seus lucros e tornará a tecnologia mais atraente.

De acordo com a pesquisa, reaproveitar as instalações preexistentes melhora a viabilidade econômica,, e usar a energia geotérmica do reservatório circundante aumenta ainda mais a eficiência do sistema. 

Outra vantagem de usar esses poços aquecidos é que eles poderiam potencialmente armazenar mais energia porque, à medida que a temperatura aumenta, o ar comprimido aumenta sua pressão. A equipe usou simulações de modelagem numérica para descobrir que colocar sistemas CAES nesses poços órfãos aumenta substancialmente a temperatura do ar nos sistemas. Segundo Taleghani:

“Sem aproveitar a configuração geotérmica, não seria possível obter números suficientemente encorajadores.” 

Além disso, “perfuração de novos poços pode não justificar a economia desse tipo de armazenamento. Mas ao combinar esses dois fatores, e ao alternar entre modelagem e simulação, descobrimos que isso poderia ser uma solução muito boa,” acrescentou Taleghani. 

Além de ajudar o CAES a desempenhar um papel fundamental na transição para energia limpa ao abordar o problema da natureza intermitente das fontes renováveis, reutilizar poços de petróleo e gás órfãos também pode ajudar a mitigar os impactos ambientais dos poços esgotados. 

O reaproveitamento pode ainda proporcionar novas oportunidades de emprego em regiões com tradições fortes na indústria de energia. A Pensilvânia é um bom exemplo, com estimativa de 300.000 poços abandonados desse tipo.

Danos a esses poços ou o fechamento inadequado deles pode vazar metano para a atmosfera e águas subterrâneas. Portanto, a proposta de reaproveitamento dos pesquisadores é “basicamente matar dois coelhos com uma cajadada só.”

“Primeiro, estamos selando esses poços. Isso impede quaisquer vazamentos potenciais. E então, se estivermos reaproveitando esses poços para armazenamento de energia, ainda estaremos usando a infraestrutura que já existe nessas comunidades. Isso pode potencialmente manter o emprego na área e permitir que as comunidades façam parte do futuro energético.”

– Taleghani

Quanto à aplicação prática da abordagem, que poderia oferecer um método econômico e sustentável para armazenar energia renovável utilizando infraestrutura existente, a implementação poderia começar dentro de 5 a 7 anos, dependendo de pesquisas adicionais e aprovações regulatórias.

Empresa Inovadora

NextEra Energy, Inc. (NEE )

Uma empresa líder em energia limpa, a NextEra Energy tem sede na Flórida e investe em geração de energia renovável e soluções avançadas de armazenamento de energia, incluindo tecnologias CAES. 

A NextEra Energy possui a Florida Power & Light Company (FPL), a maior concessionária elétrica da América. A FPL fornece eletricidade limpa, acessível e confiável a cerca de 12 milhões de pessoas na Flórida. No mês passado, a FPL enviou um pedido de quatro anos à Comissão de Serviços Públicos da Flórida (PSC) para definir novas tarifas quando seu acordo de tarifa base atual terminar este ano. 

Conforme a proposta, de 2026 a 2029, a conta típica de 1.000 kWh de um cliente residencial seria cerca de 20 % menor do que era duas décadas antes, ajustada pela inflação. Enquanto isso, as contas de clientes de pequenas e médias empresas aumentariam a uma taxa média anual de 1 % a 5 %.

O negócio de energia limpa da Next Energy — NextEra Energy Resources — é o maior gerador de energia renovável a partir do sol e do vento, juntamente com armazenamento em baterias. A empresa também gera eletricidade limpa a partir de suas usinas nucleares comerciais. Existem um total de sete unidades desse tipo distribuídas por New Hampshire, Wisconsin e Flórida.

Quanto às finanças da empresa, a Next Energy, que tem capitalização de mercado de US$ 143,4 bilhões, reportou lucro líquido com base GAAP de US$ 1,203 bilhão, US$ 0,58 por ação, para o quarto trimestre de 2024 e US$ 0,53 por ação em base ajustada.

Para o ano completo de 2024, o lucro líquido com base GAAP foi de US$ 6,946 bilhões, ou US$ 3,37 por ação, e os ganhos ajustados foram de US$ 7,063 bilhões, ou US$ 3,43 por ação, representando um aumento de mais de 8 % em relação ao ano anterior.

“A NextEra Energy teve um ano excelente de execução em 2024,” disse o CEO John Ketchum, ao observar que gerou mais eletricidade e investiu mais em infraestrutura energética do que qualquer outra empresa nos EUA. 

Em 2024, a empresa colocou cerca de 8,7 gigawatts de novos projetos de renováveis e armazenamento em operação. O CEO Ketchum afirmou:

“Com experiência em todas as partes da cadeia de valor de energia, a NextEra Energy está bem posicionada para capitalizar o conjunto de oportunidades que se apresenta e a crescente demanda de energia que está ocorrendo agora nos EUA.”

No momento da escrita, as ações da NEE estão sendo negociadas a US$ 69,73, queda de 2,73 % no ano. O rendimento de dividendos pago pela empresa é bastante atraente, embora seja de 3,25 %.

No início deste ano, a empresa anunciou seus planos de expandir sua geração de gás natural e nuclear para atender à crescente demanda por eletricidade. O boom da IA tem sido o maior fator impulsionador do aumento significativo no consumo de energia nos EUA, além da crescente eletrificação da economia. Isso criou demanda por novas usinas a gás e reacendeu o interesse na energia nuclear.

Para atender a essa demanda, a NextEra Energy fez parceria com a GE Vernova (GEV ), com capitalização de mercado de US$ 87,65 bilhões (NYSE: GEV). Segundo a GE Vernova, os data centers preferem gás em vez de vento e sol, com pedidos de turbinas a gás mais que dobrando para 20 gigawatts no ano passado e esperando ser ainda mais fortes este ano, porque precisam de energia 24 horas por dia. 

Com a ajuda do fabricante de turbinas a gás, a empresa atenderá às necessidades de energia dos data centers. 

“A ideia seria buscar e focar em clientes de grande carga e fazer isso de forma integrada, onde podemos combinar geração a gás com renováveis e armazenamento em bateria.”

– Ketchum disse no final de janeiro

A NexEra também iniciou o processo de reinício de sua usina nuclear baseada em Iowa, o Duane Arnold Energy Center, que foi fechada em 2019. Para isso, apresentou um pedido à Comissão Reguladora Nuclear dos EUA para alteração de licença e pretende colocá‑la em operação até o final de 2028.

No verão passado, a NextEra Energy Foundation também financiou o centro habilitado por IA de US$ 1 milhão da Faculdade de Engenharia e Ciência da Computação da Florida Atlantic University. O projeto possui telas de parede a parede, replicando a rede inteligente da FPL para eventos climáticos severos.

Em abril, Ketchum também compartilhou o potencial de o mercado de renováveis e armazenamento de energia triplicar de tamanho nos próximos sete anos em comparação com os sete anteriores, impulsionado pela crescente demanda da construção de data centers.

Os desenvolvedores de data centers desejam energia de baixo custo, contribuição para a descarbonização e a localização correta para rapidez no mercado. Além disso, a fabricação de chips e a indústria de petróleo e gás também estão se eletrificando, levando a uma “demanda elétrica significativa.”

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Conclusão

A jornada rumo às emissões zero líquido envolve a energia renovável como componente crítico que pode ajudar a reduzir os combustíveis fósseis ao fornecer fontes de energia limpa. No entanto, a revolução da energia limpa e verde necessita de soluções promissoras de armazenamento de energia em grande escala.

Embora o armazenamento de energia por ar comprimido (CAES) ofereça a solução, ele tem seus próprios problemas em termos de baixa eficiência e alto custo. Mas a pesquisa mais recente oferece uma abordagem inovadora para reduzir significativamente o investimento inicial e aumentar a eficiência.

Reaproveitar poços de petróleo e gás abandonados para aplicações de armazenamento de energia e integrar energia geotérmica ao sistema aumenta ainda mais a eficiência e, além disso, reduz os impactos ambientais.

Essa nova configuração representa um avanço significativo nas soluções de energia sustentável, oferecendo um caminho para alcançar sistemas CAES mais limpos e lucrativos e um futuro energético mais resiliente e ambientalmente amigável!

Clique aqui para uma lista das principais ações de energia renovável.