Acelerando a descarbonização com geotérmica de próxima geração

While humankind has used hot springs for spiritual and medicinal purposes for thousands of years, modern geothermal wells have generated electricity and heat from the Energia contido na crosta terrestre apenas desde o início do século passado. Para melhorar sua economia, a maioria desses poços foi construída nas proximidades de manchas quentes, zonas de subducção e crosta fina, onde as temperaturas subterrâneas são altas. Áreas de potencial geotérmico que estão mais longe dessas características e, muito menos econômicas, foram amplamente ignoradas - mundando o papel da geotérmica como fonte de energia abundante, renovável e confiável.

que parece definido para alterar. Vários fatores estão prontos para revolucionar o setor, tornando viáveis ​​os poços geotérmicos em áreas muito maiores do mundo. Isso inclui:

• Novas abordagens de desenvolvimento, permitindo a geração de energia elétrica usando vapor a pressões e temperaturas mais baixas (conhecidas como condições de "baixa entalpia"). (Ver Anexo 1.)
• Novo interesse nos minerais contidos em poços geotérmicos.
• Use of geothermal energy for industrial and district heating.

These forces could also forge a much bigger geothermal market and turn geothermal energy into a significant driver of descarbonização em todo o mundo.

Avanços técnicos estão impulsionando o setor geotérmico à beira de uma grande expansão. Muitos dos motoristas que estão prontos para transformar a energia geotérmica ainda são nascentes ou no estágio de desenvolvimento. No entanto, esperamos que o ritmo de mudança acelere, criando inúmeras oportunidades para os jogadores. As empresas precisarão se mover mais cedo e decidir como querem jogar nesse espaço, se desejarem aproveitar ao máximo essas oportunidades. Eles precisarão trabalhar em estreita colaboração com os formuladores de políticas para garantir que o potencial geotérmico de um país seja aproveitado para atingir suas metas de segurança energética e descarbonização. Os países e regiões que estão ao longo do anel de fogo-um cinto em forma de ferradura no Oceano Pacífico, caracterizado por atividades vulcânicas que incluem partes da Indonésia, das Filipinas e dos EUA. Os poços geotérmicos nessas áreas são tipicamente classificados como “altíssimos” por causa de suas fortes qualidades termodinâmicas, com temperaturas médias de subsuperfície que superiores a 180

The Market Opportunity in Geothermal

Up to now, geothermal investment has largely focused on Iceland, Turkey, eastern Africa, and the countries and regions that lie along the Ring of Fire—a horseshoe-shaped belt in the Pacific Ocean characterized by volcanic activity that includes parts of Indonesia, the Philippines, and the US. Geothermal wells in these areas are typically rated as “high-enthalpy” because of their strong thermodynamic qualities, boasting average subsurface temperatures exceeding 180 ^OC at economically viable depths.

As a result of these characteristics, high-enthalpy wells can produce more energy and make use of cheaper energy-extraction technologies than wells in low-enthalpy areas (which have less favorable subsurface temperature gradients and so are cooler), thus delivering higher returns on investment. In addition, electricity generated from high-enthalpy sources is generally about 50% less expensive than electricity from low-enthalpy wells.

Based on current industry projections, cumulative installed geothermal capacity is likely to reach 18 gigawatts (GW) of electrical power worldwide by 2025, up from 15.7 GW in 2020. Most of the additional wells that will be needed to achieve this figure are likely to be located in high-enthalpy areas such as Indonesia. We estimate that this volume of generating capacity will be equivalent to a global market in equipment and services worth about $7 billion.

Essas projeções são modestas quando comparadas às de recursos geotérmicos totais, que são estimados a 600 GW de capacidade de geração elétrica. Se todos os recursos geotérmicos do mundo fossem desenvolvidos - assumindo o uso das tecnologias de perfuração existentes e uma profundidade típica de não mais que dois a três quilômetros - o mercado poderia valer mais de US $ 100 bilhões. Como dois terços dessas reservas estão em áreas de baixa entalpia, esse cenário dependeria de poços de baixa entalpia, tornando-se muito mais atraentes comercialmente, além de um enorme compromisso global em desenvolver o potencial geotérmico do mundo. A capacidade geotérmica pode ser ainda maior. De fato, dada a quantidade quase ilimitada de calor contida na Terra, a geotérmica poderia teoricamente fornecer todo o consumo de energia da humanidade muitas vezes. Os 600 GW de recursos geotérmicos estimados em todo o mundo são quase equivalentes a um terço da capacidade global de carvão atual hoje.

Moreover, if advances in drilling technologies were to allow for exploration at even higher pressures and temperatures, enabling developers to drill even deeper below the surface, both market size and geothermal capacity could be even greater. Indeed, given the almost limitless amount of heat contained within the earth, geothermal could theoretically supply all humankind’s energy consumption many times over.

Geothermal’s Decarbonization Potential

Low-enthalpy geothermal could also play an important role in the decarbonization of global energy systems, provided it can be made commercially viable in more locations. The 600 GW of estimated geothermal resources globally is almost equivalent to one-third of current global coal-fired capacity today.

De acordo com nossos modelos, a geotérmica geotérmica baixa pode já estar competitiva em custos com combustíveis fósseis e renováveis ​​como fonte de geração de energia em algumas áreas. (Veja o Anexo 2.) Esta avaliação depende de empresas que usam sites brownfield para construir poços geotérmicos, uma abordagem que ainda está sendo testada. (Consulte “Como os sites de Brownfield podem reduzir os custos de desenvolvimento.”)

Prevemos que a geração de energia de baixa entalpia de Greenfield também pode se tornar competitiva em custos com fontes de energia convencionais quando os preços regionais de carbono-um importante fator de crescimento do desenvolvimento geotérmico-excelente US $ 50 por tonelada de equivalente a CO2. Os preços do carbono na UE e na Nova Zelândia cruzaram esse limiar, enquanto os da Califórnia e Quebec estão começando a se aproximar dele. É também uma solução eficaz para governos preocupados com a segurança energética, pois não requer importações de combustível. Consequentemente, como fornece energia verde limpa, os países podem optar por construir capacidade geotérmica de baixa entalpia para complementar seus portfólios variáveis ​​de energia renovável. Por exemplo, Cingapura já está explorando o uso da geotérmica para descarbonizar seu mix de geração de energia. O custo de energia nivelado (LCOE) para a geotérmica de baixa entalpia de Greenfield pode se aproximar de US $ 100 por megawatt hora (MWH), enquanto o LCOE de hidrogênio verde ou plantas a gás natural com CCUs provavelmente excederá US $ 150 por MWh. Uma mistura dessas tecnologias será necessária para alcançar

One key advantage of geothermal energy is its reliability, which means that unlike wind or solar it can play a role as a generator of baseload power. It is also an effective solution for governments concerned about energy security, since it does not require fuel imports. Consequently, because it provides clean, green energy, countries may opt to build low-enthalpy geothermal capacity to complement their variable renewable energy portfolios. For example, Singapore is already exploring the use of geothermal to decarbonize its power generation mix.

Owing to its better cost profile, we expect low-enthalpy geothermal to be an especially competitive alternative to frontier technologies—such as green hydrogen and natural gas-fired plants with carbon capture, utilization, and storage (CCUS)—for baseload power. The levelized cost of energy (LCOE) for greenfield low-enthalpy geothermal could approach $100 per megawatt hour (MWh), while the LCOE of green hydrogen or natural gas-fired plants with CCUS is likely to exceed $150 per MWh. A mix of these technologies will be needed to achieve Net-Zero Sistemas de energia em todo o mundo, uma vez que a capacidade dos países de construir parques solares e eólicos atingiu seu limite.

Key Growth Drivers

We believe that two factors are likely to improve the attractiveness of low-enthalpy geothermal.

Inovações tecnológicas emergentes. Várias tecnologias no horizonte podem expandir o alcance da energia geotérmica, como sistemas geotérmicos avançados (AGS), sistemas geotérmicos aprimorados (EGS), geotérmica ultra-profunda e perfuração de plasma. A AGS, que está sendo desenvolvida por empresas como o EAVOR, utiliza um sistema de circuito fechado, tornando-o adequado para locais sem líquidos geotérmicos suficientes naturalmente que ocorrem ou certas características geológicas. Da mesma forma, o EGS funciona fraturando rochas do reservatório para permitir fluxos condutores de fluidos geotérmicos. Torneiras geotérmicas ultra-profundas em temperaturas geotérmicas significativamente mais altas, perfurando profundamente sob a superfície (por exemplo, a energia de quaise está visando uma profundidade de 20 quilômetros). Isso pode ser alcançado por meio de tecnologias emergentes como perfuração de ondas de milímetro ou perfuração de plasma, o que permite que as empresas reduzam os custos de perfuração, removendo a necessidade de brocas e, assim, reduzindo o desgaste caro.

Compromissos de descarbonização e políticas ambientais. Governments’ growing adoption of carbon pricing is supporting the transição Longe dos combustíveis fósseis, produzindo fontes de energia verde, incluindo geotérmica, competitivas com a geração convencional. Ao mesmo tempo, o número de ferramentas políticas nacionais e multi-jurisdicionais que têm como alvo especificamente a energia geotérmica está crescendo. Essas ferramentas incluem:

• Novas tarifas de alimentação (que fornecem um preço garantido aos geradores para obter energia que produzem) que tornam a geotérmica uma alternativa competitiva de custo para o vento solar e onshore. Os compromissos em tandem, de decarbonização de países e empresas, gerarão uma necessidade de fontes de energia limpas de carga de base, uma área onde a energia geotérmica (energia e calor) tem um papel importante a desempenhar. aproveitam todos os recursos contidos em um determinado fluido geotérmico. No processo, a salmoura esfria, mas permanece bastante quente. A salmoura é então usada para produzir calor e vapor para aplicações com requisitos de temperatura mais baixa, como sistemas de aquecimento distrital, banhos quentes e secagem de madeira e vegetais-forneceu essas atividades localizadas dentro de um raio de 10 quilômetros do poço. Finalmente, quando a salmoura é relativamente legal, minerais como o lítio podem ser extraídos. (Consulte o Anexo 3.)
• Faster permitting processes for geothermal projects.
• Increased R&D funding for promising pilots.

In tandem, decarbonization commitments from countries and companies will drive a need for clean baseload energy sources, an area where geothermal energy (power and heat) has a major role to play.

Business Model Innovation Using a Multi-Service Approach

Because of the growing global demand for both green energy and rare minerals, savvy companies are starting to take a “multi-service” approach to geothermal development that harnesses all the resources contained within a given geothermal fluid.

With this approach, high-temperature brine from a well is converted into steam which generates electricity by driving a turbine. In the process, the brine cools down but remains fairly hot. The brine is then used to produce heat and steam for applications with lower temperature requirements, such as district heating systems, hot baths, and drying wood and vegetables—provided these activities are located within a 10-kilometer radius of the well. Finally, when the brine is relatively cool, minerals such as lithium can be extracted. (See Exhibit 3.)

Mineração de lítio e silício de poços geotérmicos são tradicionalmente ignorados devido a altos custos de extração. Mas os preços disparados para esses minerais estão mudando isso. O preço do lítio, um componente -chave em baterias de veículos elétricos, dobrou para US $ 75.000 por tonelada durante o primeiro trimestre de 2022. Silício, usado em produtos farmacêuticos e semicondutores, também aumentou acentuadamente em Valor. ¹ 1 Diferentes formas de sílica podem ser sintetizadas a partir da salmoura geotérmica (por exemplo, sílica mesoporosa em Onuma, Japão e sílica coloidal em Wairakei, Nova Zelândia.

Esses altos preços minerais estão transformando a extração de minerais de fluidos geotérmicos em uma alternativa viável ao método mais barato, mas mais alimentar ambientalmente, de mineração e areia. Eles também estão criando novas oportunidades de receita para desenvolvedores geotérmicos. No entanto, geralmente são necessárias concentrações suficientemente altas desses minerais para fazer a extração valer a pena. Por exemplo, as estimativas do BCG sugerem que, ao fazer isso, as empresas geotérmicas próximas ao interior da Califórnia Salton Sea podem ter aumentado o retorno do projeto em até 10 pontos percentuais. É importante ressaltar que acreditamos que uma abordagem de vários serviços pode aumentar o número de fluxos de receita de fluidos ricos em minerais baixos e ricos em minerais, para que os poços se tornem comercialmente viáveis.

Developers are already improving project returns by combining power generation with mineral extraction. For example, BCG estimates suggest that, by doing this, geothermal companies near California’s inland Salton Sea may have increased project returns by up to 10 percentage points. Importantly, we believe that a multi-service approach could increase the number of revenue streams from low-enthalpy, mineral-rich fluids, so that wells become commercially viable.

Casos de uso geotérmico e modelos de negócios provavelmente aumentarão à medida que os empreendedores identificam novos aplicativos resultantes da habilitação de tecnologias e políticas. No futuro, à medida que os desenvolvedores buscam maneiras de criar receitas adicionais e cortar custos, os poços geotérmicos podem ser usados ​​para a produção de hidrogênio verde ou para apoiar as CCUs. Em teoria, o hidrogênio verde pode ser feito com mais eficiência com energia geotérmica do que com energia eólica ou solar, porque a pressão dentro de um poço permite que mais hidrogênio seja produzido com a mesma quantidade de energia. Atualmente, a energia do Greenfire da US Greenfire está testando a tecnologia que permitiria essa possibilidade. Da mesma forma, a Chevron e a Indonésia Perramina estão explorando a combinação de poços geotérmicos e de seqüestro de carbono com o objetivo de reduzir as despesas de perfuração e criar novas fontes potenciais de receita. Recompensa os titulares capazes de se adaptar a um ambiente em mudança. No futuro, esperamos que uma variedade de jogadores participe do setor, incluindo:

A New Landscape

The emerging possibilities in low-enthalpy geothermal enabled by technological advances and a multi-service business model will open the door to new players and reward incumbents that are able to adapt to a changing environment. In the future, we expect a range of players to participate in the sector, including:

• Empresas de petróleo e gás que procuram maneiras de maximizar o uso de campos de hidrocarbonetos esgotados. Investidores
• Investors e start-ups que adquirem campos ou áreas de petróleo e gás herdados de potencial geotérmico para que possam explorá-los, usando novas abordagens de desenvolvimento. Portfólios. Instalações (que usam geotérmicas para reduzir os custos de captura) e soluções de aquecimento, ventilação e ar condicionado residenciais e comerciais (que usam geotérmica para aquecimento e diminuem a pegada de gases de efeito estufa de edifícios). Por exemplo, as empresas de petróleo e gás podem fazer parceria com desenvolvedores geotérmicos. Em troca do compartilhamento de seu know-how de perfuração, os jogadores de petróleo e gás teriam acesso à experiência no mercado de energia dos desenvolvedores. As empresas de serviços públicos e tecnologia também podem ser incluídos em alianças devido ao seu papel como os principais participantes ou fornecedores de tecnologia-chave. Inscreva -se
• Technology players creating fresh solutions, such as deeper drilling methods, that drive sector growth.
• Geothermal incumbents using a multi-service approach to make low-enthalpy wells more commercially viable and expand their portfolios.
• Power utilities diversifying their fleet of generators to include geothermal wells.
• Governments using regulatory incentives and streamlined permitting to kick-start or support geothermal investments.
• Developers and operators of hybrid dispatchable energy systems (which combine geothermal with other renewables sources), direct air capture facilities (which use geothermal to lower capture costs), and residential and commercial heating, ventilation, and air conditioning solutions (which use geothermal for heating and to lower the greenhouse gas footprint of buildings).

In this landscape, players that form alliances with others, ensuring they have a range of capabilities and can act quickly when bidding for projects, may be well placed to gain a competitive advantage. For example, oil and gas companies could partner with geothermal developers. In return for sharing their drilling know-how, the oil and gas players would have access to the developers’ power market expertise. Utilities and technology companies could also be included in alliances because of their role as major off-takers or key technology suppliers.

A geotérmica tem um enorme potencial. Com maior investimento, avanços tecnológicos e políticas mais de apoio, promete ser uma fonte acessível de energia. Também é sustentável e fornece um suprimento de energia seguro e confiável. Consequentemente, a geotérmica pode desempenhar um papel significativo no combate à energia global Trilemma .

No entanto, tocar em potencial da geotérmica não é necessariamente direto ou fácil para empresas-especialmente quando seus planos envolvem tecnologias de ponta ou vários serviços. As empresas devem começar avaliando suas capacidades atuais, decidindo quais novos serviços geotérmicos podem oferecer e entender os drivers necessários para desbloquear esses fluxos de receita. É provável que eles incluam um modelo operacional e recursos apropriados que apóiem ​​seu modelo de negócios pretendido, um ecossistema eficaz de jogadores que complementam esse modelo de negócios ao longo da cadeia de valor, acesso ao financiamento e às tecnologias corretas, bem como regulamentos de apoio e processos de permissão.

Once they have done that, they will need to acquire or put in place key enablers to achieve their goals. These are likely to include an appropriate operating model and capabilities that support their intended business model, an effective ecosystem of players that complements that business model along the value chain, access to financing and the right technologies, as well as supportive regulations and permitting processes.

Com esses facilitadores, jogadores - e governos - estarão bem posicionados para capturar os benefícios significativos oferecidos pela geotérmica. Marko Lackovic