Υπερκρίσιμη Γεωθερμία: Η απάντηση στο ενεργειακό πρόβλημα ή ουτοπία;

Η υπερκρίσιμη γεωθερμική ενέργεια υπόσχεται να καλύψει τις ενεργειακές ανάγκες της ανθρωπότητας για εκατομμύρια χρόνια, αλλά πόσο πρακτική είναι; Μια νέα ανάλυση του Karthik Subramanian της Lux Research δείχνει ότι η προοπτική αυτή μπορεί να βρίσκεται κάπου μεταξύ απίθανης και αδύνατης.

Με την πρώτη ματιά, η γεωθερμική ενέργεια μοιάζει με μια λαμπρή πηγή ενέργειας. Είναι καθαρή, υπάρχει αρκετή θερμότητα στη Γη για να τροφοδοτήσει τον πολιτισμό για κάθε προβλέψιμο μέλλον, και το μόνο που χρειάζεται να κάνουμε είναι να τρυπήσουμε για να την αξιοποιήσουμε.

Ακόμα καλύτερα είναι αυτό που ονομάζεται υπερκρίσιμη γεωθερμία. Τα συμβατικά γεωθερμικά συστήματα λειτουργούν με γεωτρήσεις σε περιοχές που χαρακτηρίζονται από ηφαίστεια ή θερμές πηγές και αξιοποιούν τη θερμότητα είτε αντλώντας νερό στο έδαφος και στη συνέχεια εξάγοντας τον ατμό είτε εγκαθιστώντας έναν εναλλάκτη θερμότητας για τη θέρμανση του νερού μέσα σε έναν κλειστό βρόχο σωληνώσεων.

Αυτό λειτουργεί, αλλά η εγκατάσταση τέτοιων εγκαταστάσεων είναι πολύ δαπανηρή και υπάρχουν μόνο πολύ λίγα μέρη στον κόσμο όπου μπορούν να κατασκευαστούν. Είναι επίσης περιορισμένες σε απόδοση, επειδή φτάνουν μόνο σε θερμοκρασία περίπου 200°C, η οποία αντιστοιχεί σε ενεργειακή απόδοση 5 MW για μία μόνο μονάδα παραγωγής.

Πρακτικά αυτό σημαίνει ότι η γεωθερμική ενέργεια αντιπροσωπεύει μόνο το 0,5% της παγκόσμιας παραγωγής ενέργειας και δεν αυξάνεται ποτέ περισσότερο από 3,5% σε κάθε έτος.

Η υπερκρίσιμη γεωθερμία πηγαίνει την ιδέα στο επόμενο επίπεδο είτε βρίσκοντας θύλακες μάγματος κοντά στην επιφάνεια σε βάθος μόλις 2 χιλιομέτρων είτε αναζητώντας το καυτό εσωτερικό της Γης σε βάθος 20 χιλιομέτρων. Εδώ η θερμοκρασία και η πίεση είναι τόσο μεγάλες που το νερό θερμαίνεται πέρα από τους 373 °C και μια πίεση πάνω από 220 bar (3.190,83 lb/in², 217 ATM). Σε αυτή την κατάσταση, το νερό είναι υπέρθερμο, αλλά δεν μπορεί να μετατραπεί σε ατμό. Είναι επίσης σε θέση να συγκρατεί τέσσερις έως 10 φορές περισσότερη ενέργεια από το κανονικό νερό ή τον ατμό.

Με άλλα λόγια, μια υπερκρίσιμη γεωθερμική μονάδα θα μπορούσε να έχει δυναμικότητα 50 MW και τρία φρεάτια θα μπορούσαν να έχουν την ισχύ 42 συμβατικών γεωθερμικών φρεατίων. Επιπλέον, η ανεύρεση υπερκρίσιμης θερμότητας είναι απλώς θέμα είτε της ανεύρεσης ενός θύλακα μάγματος είτε της αρκετά βαθιάς εκσκαφής σε κάθε δεδομένη τοποθεσία.

Αυτό ακούγεται σπουδαίο, αλλά είναι μια μεγάλη πρόκληση για τη μηχανική, η οποία ωθεί τις τεχνικές και τα υλικά διάτρησης στα άκρα. Όχι μόνο πρέπει να διανοιχθούν εξαιρετικά βαθιές γεωτρήσεις, αλλά πρέπει επίσης να είναι ανθεκτικές σε πιέσεις, αέρια και διαβρωτικές επιδράσεις που θα κατέστρεφαν γρήγορα οποιοδήποτε συμβατικό γεωτρύπανο. Ωστόσο, υπάρχει ένα μεγαλύτερο πρόβλημα.

Προκειμένου να φτάσει σε αυτό το θαυμάσιο υπερκρίσιμο στρώμα ή φυσαλίδα, το τρυπάνι πρέπει να περάσει μέσα από αυτό που ονομάζεται Brittle-Ductile Transition Zone (BDTZ). Με απλά λόγια, το πέτρωμα πάνω από την υπερκρίσιμη ζώνη υφίσταται μια αλλαγή όταν υποβάλλεται στις θερμοκρασίες και τις πιέσεις σε τέτοιο βάθος. Αντί να είναι εύθραυστο, το πέτρωμα γίνεται εύκαμπτο και πλαστικό. Φανταστείτε γρανίτη που μπορείτε να τυλίξετε σαν πλαστελίνη και καταλαβαίνετε το νόημα.

Η BDTZ δεν είναι ομοιόμορφη. Η ανώτερη περιοχή εξακολουθεί να είναι εύθραυστη, η κατώτερη είναι πλαστική και το κέντρο είναι ένα υβρίδιο των δύο. Αυτό σημαίνει ότι είναι δυσάρεστο υλικό για διάτρηση, απαιτεί μεγάλη προσπάθεια για πολύ μικρή πρόοδο και είναι πολύ σκληρό για τα τρυπάνια και τον υπόλοιπο εξοπλισμό.

Σύμφωνα με τον Karthik Subramanian, η διέλευση από την BDTZ απαιτεί λεπτομερή κατανόηση της περιοχής γεώτρησης για να βρεθούν σημεία που είναι εύθραυστα σε όλη τη διαδρομή - αν υπάρχουν τέτοια σημεία. Σημαίνει επίσης άμεση αντιμετώπιση της θερμότητας και των διαβρωτικών ηφαιστειακών αερίων που εκλύονται από κάτω, τα οποία μπορεί να περιλαμβάνουν υδρόθειο και διοξείδιο του θείου.

Στην πραγματικότητα, αυτά τα προβλήματα δεν είναι απλώς δύσκολα, αλλά μπορεί να είναι ανυπέρβλητα με την τρέχουσα τεχνολογία, πράγμα που σημαίνει ότι το όνειρο της υπερκρίσιμης γεωθερμικής ενέργειας μπορεί να παραμείνει ακριβώς αυτό - ένα όνειρο.

«Η υπερκρίσιμη γεωθερμία απέχει πολύ από την εμπορευματοποίηση και θα εξαρτηθεί από την πρόοδο των μεθόδων γεώτρησης, την ψηφιακή μοντελοποίηση των πόρων και την ανάπτυξη υλικών για την πρόσβαση σε αυτούς τους πόρους για την παραγωγή ενέργειας», δήλωσε ο Subramanian. «Παρά τις δυνατότητές της, η υπερκρίσιμη γεωθερμία πιθανότατα δεν θα διαδραματίσει εξέχοντα ρόλο στην ενεργειακή μετάβαση λόγω των εγγενών τεχνικών εμποδίων της. Εάν αντιμετωπιστούν τα τεχνικά εμπόδια, η υπερκρίσιμη γεωθερμία θα είναι οικονομική μόνο σε περιοχές με ηφαιστειακή ή τεκτονική δραστηριότητα σε χαμηλότερα βάθη, εκτός εάν οι νέες μέθοδοι γεωθερμικής γεώτρησης σε μεγάλα βάθη αποδείξουν το αντίθετο».

Τα προβλήματα της βαθιάς γεώτρησης μπορεί να σημαίνουν ότι η υπερκρίσιμη γεωθερμία μπορεί να περιοριστεί σε ηφαιστειακές περιοχές όπως η Ισλανδία ή το Χείλος της Φωτιάς στον Ειρηνικό, αλλά η διέλευση από τη ζώνη BDTZ μπορεί να επιτευχθεί με την τεχνολογία που αναπτύσσει η νεοσύστατη επιχείρηση Quaise, η οποία υποστηρίζεται από το MIT και το Πανεπιστήμιο του Cambridge.

Η εταιρεία αυτή σχεδιάζει να χρησιμοποιήσει μια δέσμη σωματιδίων που παράγεται από ένα «Gyrotron», η οποία θα μπορούσε να σπάσει, να λιώσει και να εξατμίσει το επίμαχο στρώμα πλαστικού πετρώματος. Το πόσο καλά θα μπορούσε να το καταφέρει, μόνο ο χρόνος και η δοκιμή θα το δείξουν.

[via]