Un análisis más detallado de la Tierra: cómo las nuevas matemáticas podrían lograr que el almacenamiento de CO2 sea más seguro
En lo que respecta a la lucha contra el cambio climático, almacenar dióxido de carbono en las profundidades del subsuelo es una de las estrategias más prometedoras. Sin embargo, para que este proceso sea seguro y fiable, los científicos necesitan imágenes claras de lo que hay bajo la superficie terrestre. Aquí es donde entran en juego las matemáticas y el proyecto GEODPG(se abrirá en una nueva ventana), financiado con fondos europeos. El equipo del proyecto GEODPG, liderado por la matemática Judit Muñoz Matute del Centro de Matemática Aplicada del País Vasco (BCAM) en Bilbao (España), se propuso diseñar formas más inteligentes de resolver las complejas ecuaciones que describen los procesos físicos subterráneos. Con el apoyo de las acciones Marie Skłodowska-Curie, el proyecto se desarrolló entre 2022 y 2025 y se centró en mejorar la nitidez y la eficiencia de las imágenes sísmicas.
Las matemáticas ocultas de la Tierra
El proyecto se basa en ecuaciones diferenciales parciales, las herramientas matemáticas utilizadas para describir cómo se mueven a través del espacio y el tiempo elementos como el calor, la presión o las ondas. «Las ecuaciones diferenciales parciales describen cómo evolucionan las magnitudes físicas. Son esenciales para modelar la física, como la forma en que viajan las ondas sonoras para que podamos oír o cómo se difunde el calor cuando cocinamos», explica Muñoz Matute. «En nuestro caso, las utilizamos para modelar ondas que nos permiten explorar el subsuelo terrestre, del mismo modo que las ecografías médicas revelan estructuras dentro del cuerpo humano». El reto reside en que resolver estas ecuaciones para problemas del mundo real, como cartografiar capas de roca porosa para el almacenamiento de CO2, es extremadamente exigente. Los métodos tradicionales suelen requerir una enorme potencia de cálculo y, aun así, obvian los detalles más importantes.
Simulaciones más inteligentes
El equipo de GEODPG ha desarrollado nuevas técnicas adaptativas espaciotemporales utilizando el método de Petrov-Galerkin discontinuo (DPG, por sus siglas en inglés). La idea es dividir el espacio subterráneo y el flujo del tiempo en pequeños «píxeles» y «fotogramas», y luego ampliar automáticamente cuando las cosas se vuelven complejas. «Algunas regiones o momentos son más complicados y necesitan más detalles que otros», afirma Muñoz Matute. «Las técnicas adaptativas espaciotemporales se centran automáticamente en estos aspectos, ahorrando tiempo y esfuerzo computacional en otros ámbitos. El método DPG garantiza que los resultados sigan siendo precisos, incluso para problemas muy complejos». El proyecto generó nuevos algoritmos y «software» capaces de ejecutar simulaciones más rápidas y precisas que pueden aplicarse a procesos geofísicos. Ello permite crear imágenes más nítidas del subsuelo, detectar puntos débiles por donde podría filtrarse el CO2 y evaluar mejor dónde se puede realizar el almacenamiento de carbono de forma segura.
De la investigación a la realidad
Hasta ahora, el proyecto se ha centrado en construir y validar las herramientas matemáticas. Antes de poder usarse en la industria, el «software» debe someterse a una certificación rigurosa para garantizar su fiabilidad en operaciones de alto riesgo como el almacenamiento de CO2. Aun así, las implicaciones son significativas. «Caracterizar con precisión el subsuelo es crucial para un almacenamiento seguro de CO2», afirma Muñoz Matute. «Si podemos simular la propagación de ondas con mayor precisión, podremos identificar con antelación posibles zonas débiles o vías de fuga. De este modo, el secuestro de CO2, e incluso otras aplicaciones como la energía geotérmica, resultan más seguras y fiables».
Perspectivas de cara al futuro
Para Muñoz Matute, el proyecto refleja su pasión por usar las matemáticas abstractas para abordar problemas globales urgentes. «Las mismas ideas que explican cómo se mueven las olas también pueden ayudarnos a combatir el cambio climático. Me resulta gratificante aportar herramientas matemáticas que protejan nuestro planeta». Sus próximos pasos consisten en extender los métodos a problemas más complejos y explorar sinergias con la inteligencia artificial. En la próxima década, espera que este trabajo proporcione nuevas y poderosas herramientas no solo para la geofísica, sino también para áreas como la biología computacional.
