El estudio de la Universidade NOVA de Lisboa analiza formaciones porosas como areniscas y calizas para almacenamiento energético de larga duración. El máximo de 1 TWh corresponde a un escenario teórico y no a un reservorio ya identificado o listo para desarrollar.
Investigadores portugueses modelaron el potencial de almacenar energía mediante aire comprimido en formaciones geológicas porosas profundas y estimaron que, bajo las condiciones más favorables consideradas, un sistema podría alcanzar una capacidad del orden de 1 TWh a 3.000 metros de profundidad, con una densidad energética máxima de hasta 156 kWh por metro cúbico.
El trabajo fue desarrollado por Ricardo Pereira, João Silva y Jorge Maia Alves, vinculados a GeoBioTec y al Departamento de Ciencias de la Tierra de la Universidade NOVA de Lisboa, y analiza el almacenamiento de energía mediante aire comprimido en medios porosos, conocido como CAES-PM por su sigla en inglés.
La investigación no identifica un reservorio portugués que disponga efectivamente de 1 TWh de capacidad ni propone la construcción inmediata de una instalación de esa escala. Se trata de una evaluación conceptual destinada a estudiar cómo cambian la densidad y la capacidad de almacenamiento cuando varían la profundidad, presión, temperatura, volumen disponible y régimen termodinámico.
El resultado muestra hasta dónde podría llegar este tipo de sistema bajo condiciones geológicas y operacionales favorables, pero su aplicación en un emplazamiento real exigiría una caracterización detallada del subsuelo.
Cómo funcionaría el almacenamiento con aire comprimido
El principio consiste en utilizar electricidad disponible, por ejemplo durante períodos de alta producción solar o eólica, para accionar compresores que elevan la presión del aire atmosférico.
Ese aire sería posteriormente inyectado en una formación geológica profunda con suficiente espacio poroso y propiedades adecuadas para contenerlo.
Cuando el sistema eléctrico necesitara recuperar energía, el aire almacenado volvería hacia la superficie y se expandiría a través de equipos capaces de accionar turbinas y generar nuevamente electricidad.
La función del subsuelo sería comparable a la de un depósito energético de gran escala, aunque la energía no quedaría almacenada electroquímicamente como ocurre en una batería de ion-litio.
El atractivo de esta alternativa está principalmente en la posibilidad de alcanzar grandes volúmenes y almacenar energía durante períodos prolongados, una característica potencialmente útil para sistemas eléctricos con una elevada participación de fuentes renovables variables.
El escenario adiabático-isobárico entregó el mayor potencial
Los investigadores compararon distintas configuraciones termodinámicas para determinar qué combinación permitía maximizar la capacidad de almacenamiento.
El análisis incluyó procesos adiabáticos e isotérmicos, además de condiciones isocóricas e isobáricas, evaluadas bajo distintos escenarios de profundidad y volumen del reservorio.
La configuración que presentó los mejores resultados fue un sistema adiabático-isobárico.
En un proceso adiabático, el diseño busca gestionar el calor generado durante la compresión para utilizarlo posteriormente durante la expansión del aire, reduciendo la necesidad de incorporar fuentes externas de calor.
La condición isobárica, por su parte, supone operar manteniendo aproximadamente constante la presión del sistema mientras cambia la cantidad de aire almacenado.
Dentro de los escenarios conceptuales evaluados, esta combinación permitió alcanzar una densidad energética máxima de 156 kWh por metro cúbico y una capacidad total de aproximadamente 1 TWh a una profundidad operacional máxima de 3.000 metros.
Esas cifras representan valores máximos del modelo y no deben extrapolarse automáticamente a cualquier formación geológica.
La profundidad modifica presión y temperatura
Una de las variables centrales del trabajo es la profundidad.
A medida que aumenta la distancia respecto de la superficie cambian tanto la presión como la temperatura de las formaciones, factores que influyen directamente sobre la cantidad de aire que puede almacenarse y sobre la energía potencialmente recuperable.
Por eso, el análisis no trata al subsuelo como un espacio uniforme.
Un depósito ubicado a cientos de metros de profundidad tendría condiciones muy diferentes de otro situado a varios kilómetros, incluso si ambos presentaran un volumen similar.
La presión admisible tampoco puede aumentar indefinidamente. En un proyecto real debe mantenerse dentro de rangos que eviten fracturar la roca, comprometer las capas de sello o generar vías no controladas de migración del aire.
Por ese motivo, una mayor profundidad puede aumentar el potencial energético, pero también introduce mayores exigencias técnicas, geológicas y económicas.
Porosidad y permeabilidad serán decisivas
El volumen total de roca tampoco determina por sí solo cuánto aire puede almacenar un reservorio.
Una parte importante del análisis depende de la porosidad, es decir, la proporción del volumen de la roca ocupada por espacios internos capaces de contener fluidos.
También resulta crítica la permeabilidad, que determina con qué facilidad puede circular el aire a través de esos poros.
Una formación puede disponer de un volumen considerable pero ser poco útil para CAES si su porosidad es insuficiente, si la conectividad entre sus poros es baja o si la velocidad de inyección y extracción de aire no permite operar el sistema con la potencia necesaria.
Entre las rocas consideradas conceptualmente aparecen areniscas y calizas, dos tipos de formaciones que pueden presentar propiedades adecuadas en determinados contextos geológicos.
En una aplicación real también sería necesario estudiar la continuidad del reservorio, las fallas existentes, la integridad de las capas superiores y el comportamiento de la formación durante numerosos ciclos de carga y descarga.
No es una batería de 1 TWh ya disponible en Portugal
La cifra de 1 TWh permite dimensionar el potencial teórico de la tecnología, pero es también el dato que requiere mayor cautela.
El estudio no concluye que Portugal disponga de una formación específica capaz de almacenar esa cantidad de energía de manera inmediata.
Los investigadores construyeron distintos escenarios volumétricos y termodinámicos para identificar límites potenciales del almacenamiento en medios porosos.
Antes de trasladar esas conclusiones a un proyecto concreto sería necesario realizar exploración geológica, estudios sísmicos, perforaciones, pruebas de presión, caracterización petrofísica y modelación dinámica del reservorio.
A ello se sumarían estudios de ingeniería de superficie, eficiencia de compresión y expansión, costos de pozos, instalaciones térmicas, conexión eléctrica y evaluación ambiental.
La capacidad energética teórica, por tanto, es solo uno de los factores que definirían la viabilidad.
Una alternativa para almacenamiento de larga duración
El trabajo se inserta en la búsqueda de tecnologías capaces de almacenar grandes cantidades de electricidad durante períodos más prolongados que los cubiertos habitualmente por muchas baterías electroquímicas.
Con una mayor penetración de energía solar y eólica, los sistemas eléctricos necesitan herramientas que permitan desplazar excedentes desde horas o jornadas de elevada generación hacia períodos en los que la producción renovable disminuye.
Un CAES subterráneo podría contribuir además a servicios como el respaldo del sistema y el black start, procedimiento utilizado para comenzar a restablecer una red eléctrica después de una interrupción generalizada.
El siguiente paso, sin embargo, no es construir una instalación de 1 TWh, sino aplicar la metodología a formaciones reales y determinar cuáles reúnen simultáneamente las características geológicas, termodinámicas y económicas necesarias.
El estudio establece así un límite conceptual de alto potencial para el almacenamiento de aire comprimido en rocas porosas profundas. Transformar ese potencial en infraestructura energética dependerá de comprobar, reservorio por reservorio, que el subsuelo puede operar de manera segura, eficiente y económicamente competitiva.