שחרור זעם כדור הארץ: כיצד גיאותרמית מהדור הבא יכול להגדיר מחדש אנרגיה מתחדשת

ניצול החום שמתחת לרגלינו כסוג של אנרגיה מתחדשת ונקייה מושך תשומת לב רבה יותר ככל שהעולם מתקדם לעבר חלופות לדלק מאובנים במאבק נגד שינויי האקלים. דו"ח בן 58 עמודים שפורסם ב-18 במרץ על ידי משרד האנרגיה האמריקני מתמקד ב"פוטנציאל הכוח הגיאותרמי של הדור הבא לשנות את נוף האנרגיה בארה"ב.

אבל יש עבודה לעשות.

במאמר שהוצג בחודש שעבר (פברואר) באוניברסיטת סטנפורד, מדען גיאותרמי בעל 16 שנים בתחום תיאר את הפערים במחקר ובפיתוח שיש לטפל בהם לפני שהמשאב יוכל להניע את כדור הארץ. עם זאת, "הכלים לפתרון האתגרים המדעיים וההנדסיים זמינים. זה עניין של שיתוף פעולה בינלאומי ורב-תחומי, אינטגרציה של מערכות ופרויקטים של הדגמה", אמר טרנטון ט. קלדוהוס.

Cladouhos, שהצטרף לאחרונה ל-Quise Energy כסגן נשיא לפיתוח משאבים גיאותרמיים, כתב את המאמר יחד עם Owen A. Callahan מ-En Échelon Geosolutions. העבודה הוצגה ב-49^ה' Stanford Geothermal Workshop, מפגש שנתי של מומחי גיאותרמיה מכל העולם, שלדברי Cladouhos היה "הגדול ביותר אי פעם".

הוא המשיך, "התעשייה עסוקה בפתיחת הפוטנציאל של הגיאותרמיות בכל הטמפרטורות והמקומות. זה מעולם לא היה זמן טוב יותר להיות בתעשייה הגיאותרמית".

Superhot Rock Energy

דבריו של קלדוהוס התמקדו באתגרים הקשורים בהפקת חום הרחק מתחת לאדמה, שם יושבים סלעים חמים במיוחד בטמפרטורות של יותר מ-707 מעלות. פרנהייט (375 °ג). מים שהועברו דרך אזורים אלה יהפכו לסופר-קריטיים. שלב דמוי קיטור זה יכול לשאת פי 5-10 יותר אנרגיה ממים חמים רגילים, מה שהופך אותם למקור אנרגיה יעיל ביותר אם ניתן היה להזרים אותם לטורבינות הממירות אותם לחשמל.

"התאוששות של רק 2% מהאנרגיה התרמית המאוחסנת בסלע חם 3 עד 10 ק"מ (2 עד 12 מייל) מתחת ליבשת ארה"ב שווה פי 2,000 מצריכת האנרגיה העיקרית בארה"ב מדי שנה, כותבים הוא וקלהאן במאמרם.

בעיה מרכזית אחת לשם כך היא פשוט להגיע לשם. המקדחים המשמשים את תעשיות הנפט והגז לא נועדו לעמוד בטמפרטורות ובלחצים הקיצוניים קילומטרים מטה, היכן שמאומה של האנרגיה הגיאותרמית נמצאת. זו הסיבה שקוויז עובדת על דרך חדשה לחלוטין לקדוח באמצעות אנרגיית גלים של מילימטר (בני דודים לגלי מיקרו איתם רבים מאיתנו מבשלים) שיכולה ממש להמיס ולאדות סלע. הגישה ההיברידית של Quaise תשתמש בטכנולוגיות קידוח קונבנציונליות בסמוך לפני השטח (למה הן הותאמו), ואחריהן גלים מילימטריים להפעלת סלע המרתף שמתחת.

אבל להתחבר לרוק סופר לוהט הוא רק האתגר הראשון. חילוץ החום הוא חידה שקשה לפחות כמו להגיע לשם, אמר קלאדוס.

חוקרים ברחבי העולם עובדים על מערכות גיאותרמיות מהונדסות (EGS), בעצם רדיאטורים תת קרקעיים או מחליפי חום, שמטרתן לעשות בדיוק את זה. ישנן מגוון גישות שמפותחות – ומשמשות בתחום – על ידי חברות כמו Eavor ו-Fervo Energy, אך אף אחת מהן לא הוכחה בטמפרטורות של יותר מ-200 °ג.

"אם אנחנו באמת רוצים שגיאותרמיה תהיה מחליף משחק, עלינו לפעול בטמפרטורות סופר חמות, או מעל 375 °ג," אמר קלאדוס.

גישור על פערי מו"פ

הזן את הצורך בהתאמות למערכות EGS קיימות או אפילו לגישות חדשות לחלוטין. ההרצאה של קלדווס התייחסה ל-14 פערים במחקר ופיתוח שיש לגשר עליהם כדי להגיע לשם. אלה מאורגנים בשלוש קטגוריות: מדע בסיסי, כלים ותשתיות, וטכנולוגיית גירוי ומאגר.

פער מרכזי אחד הוא הצורך במידע נוסף על מכניקת סלע בעומקים ולחצים קיצוניים. נתונים אלה בתורם יאפשרו למדענים גיאותרמית ליצור מודל טוב יותר של מערכות אלו. למרבה המזל, "אנחנו יכולים ללמוד מהתבוננות בסלעים שהיו פעם בתנאים החמים האלה, אבל נחשפים כעת על פני השטח או במכרות", אמר קלדוהוס.

דוגמה נוספת כוללת עיצוב גירוי, או כיצד ליצור את המערכת החסכונית ביותר להעברת מים דרך סלעים חמים במיוחד כדי ללכוד את האנרגיה שלהם. לדוגמה, חלק מהמערכות הגיאותרמיות הרדודות הפועלות כיום כוללות יצירת שברים בסלע, מה שיוצר יותר שטח פנים להעברת חום. אבל שבירה של הסלע בעומקים ובטמפרטורות סופר חמים "הוא עוד לא ידוע", אמר קלאדוס.

פער שלישי כרוך בהשלמת בארות, או כיצד לייצב בארות חשופות לתנאים הקשים במיוחד הקשורים למשאב. בארות שנקדחו לטמפרטורות חמות במיוחד במדינות כולל איסלנד, יפן, ארצות הברית ואיטליה נכשלו בסופו של דבר.

תהליך איטרטיבי

קלדווס הדגיש כי על המשקיעים להבין שהדרך לגישה לרוק סופר לוהט תהיה איטרטיבית. "פרויקט הרוק הסופר-חם EGS הראשון מסוגו ימלא רבים מפערי הידע וככל הנראה יחשוף כמה פערים חדשים. השגת היעדים המסחריים שלנו תדרוש תהליך איטרטיבי של פיתוח טכנולוגי ובדיקות שטח", אמר.

עם זאת, הוא וקלהאן אופטימיים לגבי ההצלחה: "למרות שגיאותרמי סלע סופר-חם ידחוף את הגבולות של כלים תת-קרקעיים רבים והיא מעבר לגבולות הפרויקטים ההידרותרמיים וה-EGS הנוכחיים, יש לציין שבני אדם מפעילים באופן בטוח ושגרתי ציוד שמכיל חומרים מעל. 375 °ג. תחנות כוח פחמיות בוערות ב-550 °C, תחנות כוח גרעיניות ב-700 °C, ותנור פיצה ב-400 °ג… אנחנו יכולים להנדס ציוד כדי לגשת, להכיל ולהפיק אנרגיה ממשאב הגלובלי (סלע סופר-חם) – מהנדסים ומדענים צריכים את התמריץ לעשות זאת."

המאמר של סטנפורד הוזמן על ידי כוח המשימה של אוויר נקי, וכולל תרומות של טרה רוג'רס וברוס היל מה-CATF.