Пробий планетата, за да се стоплиш. Защо геотермалната енергия е толкова слабо разпространена?

На някои места по света енергията буквално изригва от земята. Едно такова е Исландия, където има стотици вулкани и гейзери. Тази страна е осеяна с горещи извори, чиято енергия може да бъде лесно уловена и използвана.

Към днешна дата около 85% от домакинствата в Ислания се отопляват с геотермална енергия. Отделно от това около 25% от електричеството, произивеждано там, идва също от централи, които използват този източник на енергия, идващ от земните недра. Това звучи чудесно, защото става дума за неизчерпаем ресурс, който чака да бъде използван.

Всъщност геотермалната енергия може да се опише като „най-зелената“. И като онази, която би могла да реши всички енергийни проблеми на планетата, пише BBC. За разлика от вятърните или слънчеви централи, тя никога не се изключва. Земята излъчва такова огромно количество енергия, което би било достатъчно, за да задоволи всяка потребност на обитателите ѝ.

Но това изобщо не е толкова лесно. В момента само 32 държави имат около 700 действащи геотермални централи. През миналата година те са произвели около 97 тераватчаса (TWh). Това е по-малко от половината електричество от слънчевите централи само в САЩ и далеч от прогнозите за потенциала на геотермалната енергия в световен мащаб. Според някои експерти от нея могат да се произвеждат по 800-1400 TWh до средата на този век и до 3800 TWh до края на столетието.

„Планетата ни може сама да се справи с много проблеми при прехода към зелена енергия“, казва Аманда Коклър, ръководител на програма за изследване на геотермалната енергия към Националната лаборатория за възобновяема енергия в САЩ (NREL).

АI амбициите се превръщат в енергийния кошмар на Ирландия

Но не всяка страна има късмета на Исландия. Там горещата вода с температура 120-140 градуса може да бъде достигната лесно, тъй като е близо до земната повърхност. На някои места са пробивани „кладенци“, за да се достигне на дълбочина от около 2.5 километра, където температурата на водата вече е около 300 градуса.

Правени са и по-дълбоки сондажи (4.5 километра), за да се достигне до вода, нагрята до 600 градуса. Основно обаче тази топлина се извлича с температура около 320 градуса и след това се използва за производство на електричество и за отопление.

От ядрена енергетика до квантови изчисления: Как ще се захранва ненаситният AI

Защо геотермалната енергия е толкова слабо разпространена?

Първо – инвестицията за изграждане на система за използването ѝ е много голяма. И второ – на повечето места по света са необходими дълбоки сондажи, за да се достигне до земните недра и съответно до този енергиен ресурс.

Установено е, че в масовия случай температурите се повишават с 25-30 градуса на всеки километър дълбочина в земната кора. Във Великобритания например е измерена температура от около 140 градуса на 5 километра. Ако сондажът е достатъчно дълбок, може да се стигне и до температура 374 градуса и налягане от 220 бара. Това е дълбочината, на която водата навлиза в т.нар. „енергийно интензивно състояние“, в което не е нито течност, нито напълно газ. Колкото по-високи са температурата и налягането й, толкова повече енергия има в нея.

Основната пречка пред добиването са неусъвършенстваните машини, с които се правят сондажите. Дори онези, които работят с диамантен връх (или бургии) не се справят добре на големи дълбочини и винаги има риск от аварии.

През 2009 г. например екип, правещ сондаж в Исландия, неволно пробива магмена скала близо до вулкана Крафла. В резултат парата, която излиза от този кладенец, е с много високо съдържание на киселини и не може да се използва. Две години по-късно сондажът е запечатан.

Гладният за енергия AI vs. екологичните цели: Тежката дилема пред Европа

Най-дълбоката дупка, изкопана някога от човек, е на Колския полустров, в Мурманск, Русия. По времето на Судената война в СССР е взето решение да се извърши този сондаж с научна цел – изследване на дълбоките недра на Земята. През следващите 20 години се слиза на дълбочина от над 12.2 километра. Работата се изпълнява бавно и на етапи. Проектът е спрян през 1992 г., след като се установява, че с тогавашната техника не може да се копае по-надолу. Дори в този вид обаче Колският свръхдълбок сондаж достига по-голяма дълбочина и от Марианска падина.

Според изчисленията на NREL сондажът от 1 километър струва около 2 млн. долара. При 4-километровия обаче цената може да достигне и до 10 млн. долара.

Тук идва ред на по-подробните сметки. Някои смятат, че геотермалната енергия може да осигури такива икономии, че инвестицията напълно си заслужава. Ето защо пионери в областта на сондирането се опитват да подобрят процеса чрез нови технически решения. Основаната през 2018 г. американска компания Quaise Energy например иска да пробива до дълбочина от 20 километра и да достигне температури от 500 градуса. За да постигнат това, те са ориентирали към технология с микровълни.

„Докато другите копаят с лопати, ние пращаме микровълни в земната повърхност за първи път“, казва съоснователят на компанията Мат Худ.

Това означава използване на лазер с мощност, която би „изпарила“ всяка скала. С тази технология няма обичайните при сондиране отломки, защото тази част от земните недра, нагрята от лазера до 3000 градуса, просто изчезва.

„Този начин на пробиване работи независимо от дълбочината. Не му пречат нито прахта, нито мръсотията“, казва Худ.

Методът е създаден от Пол Уосков, инженер в Центъра за плазмени науки и синтез на университета MIT. Засега обаче технологията е тествана само в лабораторни условия за пробиване на плитки сондажи в скала. На база тези експерименти компанията твърди, че може да дълбае със скорост 3.5 метра в час. Това е бавно в сравнение с конвенционалните методи, но пък няма опасност да се счупи свредлото, нито пък да се подменят части. Компанията планира първи полеви тестове в началото на следващата година.

Но това не значи, че технологията веднага ще влезе в употреба. Уосков подчертава, че този метод никога не е прилаган на голяма дълбочина и има много въпроси.

Различна перспектива: Какво е бъдещето на дълбоководния добив?

Междувременно друга сондажна компания – базираната в Словакия GA Drilling тества технология с плазмена дълбачка, която раздробява подземните скали без да ги топи и така не създава препятствия към по-дълбокото пробиване.

„Процесът е много бърз, с кратки и силни удари. Така рисковете за свредлото са значително по-малко и не се налага честото му издъпрване на повърхността“, казва изпълнителният директор на компанията Игор Коцис.

В момента целта им е да достигат пет до осем километра дълбочина, а в бъдеще – до десет километра.

„Тези дълбочини позволяват универсален достъп до геотермална енергия“, казва Коцис.

Друга технология, която в момента се проучва, е разработена за прилагане на Венера, където температурите достигат до 475 градуса. Ozark Integrated Circuits, компания със седалище Арканзас, която произвежда електроника, се опитва да пригоди метода за сондиране.

NREL пък използва изкуствен интелект, за да събере данни за най-подходящите места за „кладенци“. Събира се иинформация за евентуалните пречки пред сондирането.

Технологичните гиганти се превръщат в катализатор за развитие на ядрената енергетика

И докато едни проучват, друг дупчат. Немската компания Eavor твърди, че е направила два сондажа с дълбочина пет километра в Герестрид, Бавария. Използва две от най-големите сондажни платформи в Европа, за да създаде система за отвеждане на геотермалната енергия до повърхността. Тя работи на принципа на радиатора – водата се движи в кръг като студената се нагрява под земята и се връща, за да се използва за отопление и производство на електричество. Според Джон Редфърн, изпълнителен директор на Eavor, казва, че се очаква производството да започне през следващата година.

„С нашата технология се опитваме да сондираме до 11 километра дълбочина. Смятаме, че ще имаме значителен напредък в следващите 3-5 години“, добавя съоснователката на компанията Жанин Вени.

Според нея геотермалната енергия не се нуждае от големи места за съхранение на повърхността. Това означава, че лесно може да бъде насочена за битова употреба.

Все още има проблеми за решаване. Например – как ще се поддържат геотермалните сондажи и има ли гаранция, че ще могат да се ползват дълго време. Иначе в един идеален сценарий този вид енергия би могла да върне към живот затворените въглищни централи. Това би било истинско превключване към чиста енергия.

Но преди това трябва да се отговори на въпроса ще могат ли хората на копаят достатъчно дълбоко.