Świat: Naukowcy zaprezentowali super głęboką geotermię

Koszt wszystkich instrumentów wsparcia w obszarze energii elektrycznej dla gospodarstw domowych oraz dla przedsiębiorstw energochłonnych przekracza 30 mld zł

Zaproponowane w USA rozwiązanie energetyczne ma zlikwidować dotychczasowe znaczenie tak paliw kopalnych, jak i słonecznych oraz wiatrowych źródeł odnawialnej energii. Prognoza o likwidacji ich strategicznego znaczenia pochodzi z konferencji geotermalnej, która odbyła się w październiku w miejscowości Reno w stanie Nevada (USA).

Naukowcy zaprezentowali tam super głęboką geotermię, która może być zrealizowana w każdym miejscu na naszym globie, pokrywając wstępnie około 50 proc. globalnego zapotrzebowania na energię. Trudno wprost uwierzyć w takie rewelacje, gdyby znacznie wcześniej nie zostały one zasygnalizowane przez rządowe oświadczenie Biura Informacji Naukowej i Technicznej Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych (Deep Geothermal Drilling Using Millimeter Wave Technology Final Technical Research Report, 30 grudnia 2014).

Punktem wyjścia dla prelegentów konferencji było określenie źródła energii geotermalnej, które znajduje się na głębokości od 3 do 20 km pod powierzchnią Ziemi, gdzie skała jest tak gorąca, że gdyby można było wpompować w to miejsce wodę, osiągnęłaby ona stan nadkrytyczny, tworząc fazę przypominającą parę, z którą większość ludzi nie jest zaznajomiona.

Znane fazy to woda w stanie ciekłym, lód i para tworząca chmury. Z kolei woda w stanie nadkrytycznym może przenosić około 5–10 razy więcej energii niż zwykła gorąca woda, co czyni ją niezwykle wydajnym źródłem energii. Istotą rzeczy jest problem jej pompowania na powierzchnię ziemi do turbin, które mogą przekształcić ją w energię elektryczną.

Dotarcie do tych zasobów było dotychczas niemożliwe, ponieważ nie było urządzeń wiertniczych, które mogłyby pokonać ekstremalne warunki temperatury i ciśnień na tych głębokościach. Na wspomnianej konferencji, założona w 2018 r. firma Quaise Energy z siedzibą w Cambridge, Massachusetts (USA), zaprezentowała swoje osiągnięcia w tej dziedzinie. Prace te polegają na zastąpieniu tradycyjnych wierteł, które mechanicznie kruszą skałę, przez źródło energii fal milimetrowych (MMW) popularnie nazywanymi kuzynami fal mikrofalowych używanych powszechnie w kuchenkach do gotowania. Fale te topią skałę, a następnie ją odparowują, tworząc otwór wiertniczy do pożądanej głębokości.

Zaprezentowane modele pokazują, że systemy geotermalne wzmocnione super gorącymi skałami mogą osiągnąć dużą moc wyjściową przy niewielkiej powierzchni lub ilość ziemi potrzebnej dla urządzeń technicznych. Obliczono, że hipotetyczne systemy obejmujące dublet lub triplet odwiertu mogą zapewnić moc cieplną na poziomie 100–120 MW na odwiert przez dziesięciolecia. To 5–10 razy więcej energii niż zwykle wytwarzana jest obecnie w konwencjonalnym, płytszym systemie geotermalnym.

Uzyskana tu gęstości mocy może sprawić, że energia geotermalna stanie się konkurencyjna w stosunku do ropy i gazu. Jedną z niezwykłych zalet tej metody jest brak potrzeby rurowania, stosowanego dotąd po to, aby górotwór pod ciśnieniem nie zniszczył głębionego otworu. Przy tej technologii stopiona skała, stygnie na ścianach otworu i wzmacnia go zastępując poprzednie rurowanie.

Usuwanie odparowanych skał odbywa się przy użyciu istniejącej technologii sprężarek w celu wpompowania gazu oczyszczającego do odwiertu wraz z energią MMW. Pomysł o ogólnej konfiguracji jest taki, jak w krajowym systemie eksploatacji siarki metodą Frascha. W rurze wiertniczej o większej średnicy, wstawiona jest rura o mniejszym przekroju. Energia i gaz przemieszczają się w dół przez wewnętrzny przewód, gdzie ostatecznie docierają i odparowują skałę na dnie. Następnie gaz niosący odparowaną skałę lub cząstki, przemieszcza się z powrotem na powierzchnię przez przestrzeń pomiędzy wewnętrznym i zewnętrznym przewodem. Cząstki stałe mogą być transportowane w górę odwiertu przy ciśnieniu i natężeniu przepływu mieszczącym się w granicach istniejących sprężarek.

Autorzy tych rozwiązań zdają sobie sprawę, że wszystko to brzmi trochę, jak science-fiction, ale tak nie jest. Zaprezentowane rozwiązania opierają się na technologii już dojrzałej i skomercjalizowanej. Była ona rozwijana przez dziesięciolecia na potrzeby badań nad energią termojądrową oraz dla przemysłu naftowego i gazowego.

Quaise po prostu wykorzystuje tę technologię do innego zastosowania. Dla przykładu kluczowa dla tej technologii energia MMW jest wytwarzana za pomocą maszyny żyrotronowej i kierowana w celu stopienia głębokiej, gorącej skały za pomocą falowodów. Obydwa rozwiązania opracowano w ciągu około 50 lat podczas badań nad syntezą jądrową jako źródłem energii. Technika Quaise wykorzystuje również konwencjonalne technologie wiertnicze, takie jak wcześniej opracowane przez przemysł naftowy i gazowy.

Firma ta nadal będzie ich używać do wiercenia w warstwach powierzchniowych do podłoża skalnego, do czego technologie te zostały zoptymalizowane. Obiecujący jest również model kosztów ekonomicznej wykonalności. Zauważa się, że niewiele odwiertów geotermalnych wykonano na długości większej niż 10 km, jednak dotarcie tak daleko przy użyciu konwencjonalnej technologii kosztuje ponad 5000 dolarów za metr otworu.

Model kosztów wskazuje, że wiercenie MMW mogłoby osiągnąć dwukrotnie większą głębokość przy kosztach wiercenia wynoszących około 1000 dolarów za metr. Podkreśla się przy tej okazji, że ilość ciepła do głębokości 10 km od powierzchni Ziemi zawiera 50 000 razy więcej energii niż wszystkie zasoby ropy i gazu ziemnego na świecie.

Na razie projekty związane z tym rozwiązaniem energetycznym są w fazie eksperymentalnej polegającej na praktycznym sprawdzeniu teoretycznie uzasadnionych koncepcji i propozycji. Optymizmem napawa fakt, że przekonanie o sukcesie tego rozwiązania nie opuszcza ani ich autorów, ani firm zaangażowanych w ten projekt, a także znajduje poparcie finansowe i rzeczowe władz Stanów Zjednoczonych.