Quaise sta portando la sua tecnologia dal laboratorio alle prove sul campo per la prima volta quest’anno.
Un raggio di energia ha colpito la lastra di roccia, che ha iniziato rapidamente a brillare. Pezzi si sono staccati, scintille sono rimbalzate e la polvere ha turbinato sotto un getto d’aria.
Da un rimorchio modificato, ho sbirciato attraverso il finestrino mentre un impianto di perforazione a onde millimetriche collegato a un modesto furgone apriva un foro in un pezzo di basalto in meno di due minuti. Al termine del test, sono uscita dal rimorchio nel caldo di Houston. Ho potuto vedere un anello di materiale nero e vetroso impresso nei frammenti di roccia, prova del punto in cui la roccia si era sciolta.
Questa tecnologia di perforazione che fonde la roccia, sviluppata dalla startup geotermica Quaise, è sicuramente non convenzionale. L’azienda spera che sia la chiave per sbloccare l’energia geotermica e renderla utilizzabile ovunque.
L’energia geotermica tende a funzionare meglio in quelle parti del mondo che hanno la giusta geologia e il calore vicino alla superficie. L’Islanda e gli Stati Uniti occidentali, ad esempio, sono punti caldi per questa fonte di energia rinnovabile sempre disponibile perché hanno tutti gli ingredienti necessari. Ma scavando abbastanza in profondità, le aziende potrebbero teoricamente attingere al calore della Terra da qualsiasi parte del globo.
Si tratta però di un compito difficile. In alcuni luoghi, per raggiungere temperature sufficientemente elevate da generare elettricità in modo efficiente, sarebbe necessario perforare chilometri e chilometri sotto la superficie. Spesso ciò significherebbe attraversare rocce molto dure, come il granito.
La soluzione proposta da Quaise è una nuova modalità di perforazione che evita la tecnica tradizionale di raschiare la roccia con una punta dura. L’azienda intende invece utilizzare un girotron, un dispositivo che emette radiazioni elettromagnetiche ad alta frequenza. Oggi l’industria dell’energia da fusione utilizza i girotroni per riscaldare il plasma a 100 milioni di °C, ma Quaise intende utilizzarli per frantumare, fondere e vaporizzare la roccia. In teoria, ciò potrebbe rendere la perforazione più veloce ed economica, consentendo di accedere all’energia geotermica ovunque.
Dalla sua fondazione nel 2018, Quaise ha dimostrato che i suoi sistemi funzionano in condizioni controllate di laboratorio e ha avviato una serie di prove in un ambiente semi-controllato, tra cui il cortile della sua sede centrale di Houston. Ora questi sforzi stanno uscendo dal laboratorio e il team sta portando la tecnologia di perforazione con girotroni in una cava per testarla in condizioni reali.
Alcuni esperti avvertono che reinventare la perforazione non sarà così semplice o veloce come spera la dirigenza di Quaise. La startup sta anche cercando di raccogliere un ingente finanziamento quest’anno, in un momento in cui l’incertezza economica sta rallentando gli investimenti e l’industria tecnologica climatica statunitense si trova in una situazione difficile dal punto di vista politico a causa di politiche come i dazi e il rallentamento del sostegno governativo. La grande idea di Quaise mira ad accelerare una vecchia fonte di energia rinnovabile. Questo momento decisivo potrebbe determinare fino a dove potrà arrivare questa idea.
Un’esplosione
Secondo approssimative stime del settore geotermico, all’interno della Terra è immagazzinata energia sufficiente a soddisfare il nostro fabbisogno energetico per decine o addirittura centinaia di migliaia di anni, afferma Matthew Houde, cofondatore e capo dello staff di Quaise. Dopodiché, dovrebbero essere disponibili altre fonti come la fusione, “ammesso che continuiamo ad andare avanti così a lungo, per così dire”, scherza.
“Vogliamo essere in grado di estendere questo tipo di geotermia oltre i luoghi in cui oggi siamo in grado di raggiungere facilmente quelle temperature con le tecniche di perforazione convenzionali”, afferma Houde. La chiave, aggiunge, è semplicemente andare abbastanza in profondità: “Se riusciamo a raggiungere profondità di 10-20 chilometri, potremo rendere accessibile in tutto il mondo la geotermia ad alta temperatura”.
Sebbene ciò sia tecnicamente possibile, esistono pochi esempi di perforazioni umane a tali profondità. Un progetto di ricerca avviato nel 1970 nell’ex Unione Sovietica ha raggiunto poco più di 12 chilometri, ma ci sono voluti quasi 20 anni ed è stato incredibilmente costoso.
Quaise spera di accelerare la perforazione e ridurne i costi, afferma Houde. L’obiettivo dell’azienda è quello di perforare la roccia a una velocità compresa tra i tre e i cinque metri all’ora di funzionamento continuo.
Un fattore chiave che rallenta molte operazioni di perforazione di rocce dure come il granito è il tempo improduttivo. Ad esempio, spesso è necessario riportare tutte le attrezzature in superficie per ripararle o sostituire le punte di perforazione.
La chiave di Quaise per cambiare potenzialmente questa situazione è il suo girotron. Il dispositivo emette onde millimetriche, fasci di energia con lunghezze d’onda comprese tra le microonde e le onde infrarosse. È un po’ come un laser, ma il fascio non è visibile all’occhio umano.
L’obiettivo di Quaise è quello di riscaldare la roccia bersaglio, perforandola efficacemente. Il girotron emette onde verso una roccia bersaglio tramite una guida d’onda, un tubo metallico cavo che dirige l’energia nel punto giusto. (Una delle principali sfide tecnologiche dell’azienda è quella di evitare la formazione accidentale di plasma, uno stato ionizzato e surriscaldato della materia, poiché può causare sprechi di energia e danneggiare attrezzature fondamentali come la guida d’onda).
Ecco come funziona nella pratica: quando l’impianto di Quaise sta perforando un foro, la punta della guida d’onda viene posizionata a circa 30 cm dalla roccia da perforare. Il girotron emette un impulso di onde millimetriche per circa un minuto. Queste onde viaggiano lungo la guida d’onda e colpiscono la roccia bersaglio, che si riscalda e poi si frantuma, si scioglie o addirittura vaporizza.
Quindi il raggio si interrompe e la punta del trapano all’estremità della guida d’onda viene abbassata fino alla superficie della roccia, ruotando e raschiando via i frammenti rotti e i pezzi di roccia fusa mentre scende. Un getto d’aria costante trasporta i detriti in superficie e il processo si ripete. L’energia delle onde millimetriche svolge il lavoro pesante, mentre la raschiatura e l’aria compressa aiutano a rimuovere il materiale fratturato o fuso.
Questo è il sistema che ho visto in azione nella sede centrale dell’azienda a Houston. L’impianto di perforazione nel cortile è una piccola struttura, simile a quella che un’impresa edile potrebbe utilizzare per perforare micropali per fondamenta o che i ricercatori potrebbero utilizzare per prelevare campioni geologici. In totale, il girotron ha una potenza di 100 kilowatt. Un sistema di raffreddamento aiuta il magnete superconduttore dell’ e nel girotron a raggiungere la temperatura necessaria (circa -200 °C), mentre un sistema di filtrazione cattura i detriti che si staccano dai campioni.
CASEY CROWNHART
Poco dopo la mia visita, questa struttura improvvisata è stata smontata e spedita nel Texas centrale per essere utilizzata per ulteriori test sul campo in una cava di roccia. L’azienda ha annunciato a luglio di aver utilizzato quell’impianto per perforare un foro profondo 100 metri in quel sito di prova.
Quaise non è la prima azienda a sviluppare la perforazione non meccanica, afferma Roland Horne, responsabile del programma geotermico presso la Stanford University. “Bruciare fori nelle rocce è impressionante. Tuttavia, questo non è tutto ciò che comporta la perforazione”, afferma. L’operazione dovrà essere in grado di resistere alle alte temperature e alle pressioni presenti sul fondo dei pozzi durante la perforazione, aggiunge.
Finora, l’azienda ha ottenuto risultati positivi perforando colonne di roccia all’interno di involucri metallici, nonché nella cava durante i test sul campo. Tuttavia, la strada da percorrere è ancora lunga tra la perforazione di materiali prevedibili in un ambiente relativamente prevedibile e la creazione di un pozzo geotermico profondo chilometri.
Strade rocciose
Ad aprile, Quaise ha integrato completamente il suo secondo girotron da 100 kilowatt su una piattaforma petrolifera e di gas di proprietà dell’investitore e partner tecnologico dell’azienda, Nabors. Questa piattaforma è del tipo tipicamente utilizzato per la formazione o lo sviluppo ingegneristico ed è installata insieme ad altre piattaforme nella sede centrale di Nabors, proprio dall’altra parte della città rispetto al laboratorio di Quaise. Con i suoi 182 piedi di altezza, la parte superiore è visibile dal parcheggio sopra l’edificio degli uffici.
Quando l’ho visitata ad aprile, l’azienda stava ancora completando i test iniziali, utilizzando carta termica speciale e sparando brevi raffiche per testare l’impianto. A maggio l’azienda ha testato questa piattaforma integrata, perforando un foro di quattro pollici di diametro e 30 piedi di profondità. Un altro test a giugno ha raggiunto una profondità di 40 piedi. Questi fori sono stati praticati in colonne di basalto che erano state calate nel terreno come materiale di prova.
Mentre l’azienda testa i suoi sistemi da 100 kilowatt presso l’impianto e la cava, il passo successivo è un sistema ancora più grande, dotato di un girotron 10 volte più potente. Questo sistema da un megawatt perforerà fori più grandi, di oltre otto pollici di diametro, e rappresenta la versione su scala commerciale della tecnologia dell’azienda. I test di perforazione con questo trapano più grande inizieranno nel 2026.
Il sistema da un megawatt richiede in realtà poco più di tre megawatt di potenza complessiva, compresa l’energia necessaria per far funzionare le apparecchiature di supporto come i sistemi di raffreddamento e il compressore che soffia aria nel foro, riportando la polvere di roccia in superficie. Il fabbisogno energetico è simile a quello di una piattaforma petrolifera e di gas odierna.
Quaise sta realizzando un impianto pilota in Oregon, praticamente sul fianco di un vulcano, afferma Trenton Cladouhos, vicepresidente dello sviluppo delle risorse geotermiche dell’azienda. Questo progetto utilizzerà tecniche di perforazione convenzionali e il suo scopo principale è dimostrare che Quaise è in grado di costruire e gestire un impianto geotermico, afferma Cladouhos.
L’azienda sta costruendo un pozzo di esplorazione quest’anno e prevede di iniziare la perforazione dei pozzi di produzione (quelli che potranno essere utilizzati per generare elettricità) nel 2026. Il progetto pilota raggiungerà circa 20 megawatt di potenza con i primi pozzi, operando su rocce a circa 350 °C. L’azienda prevede di renderlo operativo già nel 2028.
La strategia di Quaise con il progetto in Oregon è quella di dimostrare che è possibile utilizzare rocce supercalde per produrre energia geotermica in modo efficiente, afferma il CEO Carlos Araque. Dopo l’avvio dell’impianto e l’inizio della produzione di elettricità, l’azienda potrà tornare sul posto e approfondire i pozzi con perforazioni a onde millimetriche in futuro, aggiunge.
Un test di perforazione mostra la tecnologia a onde millimetriche di Quaise mentre perfora un pezzo di granito.
QUAISE
Araque afferma che l’azienda ha già alcuni clienti interessati all’energia che produrrà, anche se ha rifiutato di rivelarne i nomi, dicendo solo che uno è una grande azienda tecnologica e che è coinvolta anche un’azienda di servizi pubblici.
Ma la startup avrà bisogno di più capitali per portare a termine questo progetto e completare i test con il girotrone più grande, da un megawatt. Inoltre, l’incertezza aleggia nel settore delle tecnologie climatiche, dati i dazi imposti dall’amministrazione Trump e il taglio dei finanziamenti a questo settore (anche se quello geotermico è rimasto relativamente indenne).
Quaise deve ancora superare alcuni ostacoli tecnici prima di poter iniziare a costruire centrali elettriche commerciali.
Un potenziale ostacolo: la perforazione in diverse direzioni. Al momento, la perforazione a onde millimetriche può procedere in linea retta, verso il basso. Lo sviluppo di un impianto geotermico come quello dell’Oregon richiederà probabilmente la cosiddetta perforazione direzionale, ovvero la capacità di perforare in direzioni diverse da quella verticale.
Inoltre, l’azienda dovrà probabilmente affrontare delle sfide nel passaggio dai test di laboratorio alle prove sul campo. Una sfida fondamentale per le aziende che operano nel settore della tecnologia geotermica a queste profondità sarà quella di mantenere i pozzi funzionanti per lungo tempo, in modo da garantire il funzionamento della centrale elettrica, afferma Jefferson Tester, professore alla Cornell University ed esperto di energia geotermica.
La tecnologia di Quaise è molto ambiziosa, afferma Tester, e può essere difficile per le nuove idee nel campo della geotermia competere economicamente. “Alla fine è tutta una questione di costi”, dice. E le aziende con idee ambiziose corrono il rischio che i loro investitori perdano la pazienza prima che riescano a sviluppare la loro tecnologia abbastanza da renderla disponibile sulla rete.
“C’è ancora molto da imparare: stiamo reinventando la perforazione”, afferma Steve Jeske, project manager di Quaise. “Sembra che non dovrebbe funzionare, ma funziona”.
