Νέα έρευνα αφήνει υποσχέσεις για λύση του ενεργειακού προβλήματος μια για πάντα

Η προοπτική της πρακτικά απεριόριστης καθαρής γεωθερμικής ενέργειας έγινε ουσιαστικά πιο ευοίωνη. Το Εργαστήριο Πειραματικής Μηχανικής Πετρωμάτων (LEMR) του EPFL απέδειξε ότι το ημιπλαστικό, γλοιώδες πέτρωμα σε υπερκρίσιμα βάθη μπορεί να υποστεί ρωγμές ώστε να περάσει νερό.

Μαζί με την πυρηνική ενέργεια με τη μορφή της σχάσης ή της σύντηξης – και μία ή δύο άλλες πηγές αιχμής, η γεωθερμική ενέργεια υπόσχεται πραγματικά να καταστήσει την έννοια της γενικής ενεργειακής έλλειψης ξεπερασμένη. Με την αξιοποίηση της τεράστιας θερμότητας του εσωτερικού της Γης, είναι θεωρητικά δυνατό να αντληθεί αρκετή καθαρή ενέργεια για να καλυφθούν όλες οι ενεργειακές ανάγκες της ανθρωπότητας για εκατομμύρια χρόνια, λύνοντας τη μεγαλύτερη πρόκληση της κλιματικής αλλαγής λίγο πολύ εν μία νυκτί.

Το πρόβλημα είναι ότι όλη αυτή η υπέροχη ενέργεια είναι παγιδευμένη χιλιόμετρα κάτω από τον φλοιό της Γης και το κόστος για να φτάσει κανείς σε αυτήν είναι αστρονομικό. Ως αποτέλεσμα, η σημερινή γεωθερμική ενέργεια είναι μια εξειδικευμένη πηγή που είναι διαθέσιμη μόνο σε λίγες διάσπαρτες ηφαιστειακές περιοχές όπου η θερμότητα βρίσκεται πολύ πιο κοντά στην επιφάνεια και συνήθως πολύ μακριά από το σημείο όπου απαιτείται η ενέργεια.

Αλλά σχεδόν παντού στον πλανήτη, υπάρχει ένας πολύ πιο ισχυρός υπερκρίσιμος γεωθερμικός πόρος που περιμένει να αξιοποιηθεί, αρκεί να μπορέσουμε να τρυπήσουμε αρκετά βαθιά για να φτάσουμε στα πραγματικά καυτά πετρώματα που βρίσκονται πολύ κάτω από την επιφάνεια. Εξακολουθούμε να μιλάμε μόνο για ένα κλάσμα της απόστασης μέσα από τον φλοιό της Γης, αλλά εκεί κάτω είναι αρκετά καυτό για να θερμάνει το νερό σε θερμοκρασίες άνω των 400 °C.

Σε αυτές τις θερμοκρασίες, το νερό γίνεται «υπερκρίσιμο» και αρχίζει να συμπεριφέρεται σαν κάτι μεταξύ υγρού και αερίου, καθώς ρέει τόσο εύκολα όσο ένα αέριο αλλά διατηρεί την πυκνότητα ενός υγρού. Αυτή η φάση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εξαγωγή μεγάλης ποσότητας ενέργειας. Πρακτικά, αν καταφέρουμε να οδηγήσουμε το νερό σε υπερκρίσιμες θερμοκρασίες, μπορεί να λειτουργήσει μια γεωθερμική μονάδα παραγωγής ενέργειας με 10 φορές μεγαλύτερη απόδοση από μια συμβατική μονάδα που χρησιμοποιεί νερό χαμηλότερης θερμοκρασίας.

Τα κακά νέα είναι ότι η γεώτρηση σε τέτοια βάθη, μερικές φορές πέρα από το παγκόσμιο ρεκόρ των 12 χιλιομέτρων βάθους της γεώτρησης Kola, είναι προς το παρόν πέρα από την αιχμή του δόρατος της μηχανικής, αν και υπάρχουν μερικά πολύ ελπιδοφόρα έργα που θα μπορούσαν να λύσουν αυτό το ζήτημα σε σχετικά σύντομο χρονικό διάστημα.

Τα καλά νέα είναι ότι αν καταφέρναμε να μάθουμε να τρυπάμε τόσο βαθιά, θα ήμασταν σε θέση να δημιουργήσουμε γεωθερμικές μονάδες σχεδόν οπουδήποτε στον πλανήτη, όπως για παράδειγμα, στις εγκαταλελειμμένες τοποθεσίες σταθμών ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα που έχουν κλείσει.

Υπάρχουν πολλά ζητήματα που πρέπει να επιλυθούν. ‘Ενα από αυτά είναι ότι η γεωθερμία απαιτεί τη μέγιστη δυνατή επαφή μεταξύ των επιφανειών των πετρωμάτων και του ρευστού που θερμαίνουν, και ένας από τους καλύτερους τρόπους για να αυξηθεί σημαντικά αυτή η περιοχή επαφής είναι η θραύση των πετρωμάτων με μια διαδικασία εξαιρετικά παρόμοια με αυτή που χρησιμοποιείται στην εξόρυξη πετρελαίου και φυσικού αερίου. Η Fervo Energy απέδειξε εύστοχα πόσο μεγάλη διαφορά μπορεί να κάνει αυτή η προσέγγιση σε μια γεωθερμική μονάδα.

Επειδή όμως κανείς δεν έχει τρυπήσει ποτέ τόσο βαθιά, η επιστήμη δεν ήταν σε θέση να πει αν ο βράχος εκεί κάτω μπορεί να ραγίσει και να αφήσει το νερό να περάσει. Παρατηρήσεις που έγιναν κοντά στα 10 χιλιόμετρα έδειξαν ότι τα πετρώματα αρχίζουν να συμπεριφέρονται πολύ διαφορετικά από ό,τι κοντά στην επιφάνεια.

Αντί να είναι σκληρά και εύθραυστα, γίνονται μαλακά, πλαστικά και γλοιώδη, γεγονός που υποδηλώνει ότι ίσως δεν είναι δυνατόν να σπάσει το πέτρωμα και να περάσει νερό από μέσα του σε υπερκρίσιμες θερμοκρασίες.

Τουλάχιστον, αυτή ήταν η εικόνα μέχρι που μια ομάδα της EPFL με επικεφαλής τον Gabriel Meyer έκανε κάποιες εργαστηριακές δοκιμές χρησιμοποιώντας μια νέα τριαξονική συσκευή που βασίζεται σε αέριο, τρισδιάστατες εικόνες συγχρότρου υψηλής ανάλυσης και μοντελοποίηση πεπερασμένων στοιχείων.

«Όταν πλησιάζετε το όριο των 10 χιλιομέτρων, το πέτρωμα δεν σπάει πλέον, αλλά παραμορφώνεται ομοιόμορφα, όπως η μαλακή καραμέλα, και η συμπεριφορά του γίνεται πολύπλοκη», δήλωσε ο Meyer. «Η παραμόρφωση συμβαίνει στο επίπεδο των κρυσταλλικών δομών στους κόκκους. Ήθελα να μάθω αν το νερό θα μπορούσε να κυκλοφορήσει μέσα στο πέτρωμα που έχει μεταβεί σε αυτή την ασυνήθιστη όλκιμη μορφή».

Αυτό που κατάφεραν ο Meyer και η ομάδα του ήταν να αναπαράγουν την πίεση και τις συνθήκες που επικρατούν στον φλοιό της Γης για να παρατηρήσουν πώς αλλάζει κατά τη διάρκεια αυτού που ονομάζεται εύθραυστη μετάβαση σε όλκιμη κατάσταση (BDT). Αυτές οι εργαστηριακές δοκιμές είναι ιδιαίτερα σημαντικές επειδή είναι σχεδόν αδύνατο να γίνουν τέτοιες παρατηρήσεις στον πραγματικό κόσμο. Αντ’ αυτού, η δοκιμαστική διάταξη αναδημιούργησε τις συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης στο δείγμα πετρώματος, το οποίο σαρώθηκε με ένα σύγχροτρον για να δημιουργηθούν τρισδιάστατες εικόνες που τροφοδοτήθηκαν σε μια προσομοίωση σε υπολογιστή.

Σύμφωνα με τη νέα μελέτη του EPFL, το πέτρωμα που καλύπτει την υπερκρίσιμη ζώνη δρα με παρόμοιο τρόπο. Αν και είναι όλκιμο, μπορεί να υποστεί ρωγμές, ώστε το νερό να μπορεί να ρέει μέσα από αυτό.Αυτό σημαίνει ότι με κάποια εξελιγμένη τεχνολογία βαθιάς διάρρηξης, θα μπορούσε να είναι εφικτή η κατασκευή κάποιων πολύ σοβαρών γεωθερμικών μονάδων.

«Οι γεωλόγοι θεωρούσαν επί μακρόν ότι το σημείο μετάβασης από το εύθραυστο στο όλκιμο ήταν το κατώτερο όριο για την κυκλοφορία του νερού στο φλοιό της Γης», αναφέρει ο Meyer. «Αλλά δείξαμε ότι το νερό μπορεί επίσης να κυκλοφορεί σε όλκιμα πετρώματα. Πρόκειται για μια πολλά υποσχόμενη ανακάλυψη που ανοίγει περαιτέρω δρόμους έρευνας στον τομέα μας».

Η εργασία αυτή είναι ιδιαίτερα σημαντική για εταιρείες όπως η Quaise Energy, μια startup εταιρεία της Ανατολικής Ακτής των ΗΠΑ που εργάζεται για να αποδείξει ότι οι γεωθερμικές γεωτρήσεις που σπάνε ρεκόρ σε υπερβάθος μπορούν να βυθιστούν χρησιμοποιώντας τεχνολογία επιταχυντών σωματιδίων που αναπτύχθηκε για τον τομέα της ενέργειας σύντηξης, αντί για τρυπάνια που απλώς δεν αντέχουν τόσο βαθιά όταν η θερμοκρασία ανεβαίνει.

Εταιρείες όπως η Fervo και η Sage Geosystems αποδεικνύουν ότι η προσέγγιση της γεωθερμικής ενέργειας με τη μέθοδο fracking μπορεί να εξάγεται πολύ περισσότερη ενέργεια από τις παραδοσιακές μεθόδους. Η έρευνα αυτή αποδεικνύει ότι η ιδέα θα μπορούσε να κάνει το ίδιο και για υπερκρίσιμα γεωθερμικά έργα εξαιρετικά μεγάλου βάθους.

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, εάν οι εταιρείες αυτές επιτύχουν και καταφέρουν να φέρουν στην αγορά αυτό το είδος σταθμού παραγωγής ενέργειας σε κλίμακα, οι συνεχιζόμενες ενεργειακές ανάγκες της ανθρωπότητας απλώς θα πάψουν να αποτελούν πρόβλημα. Καθαρή, ανταποκρινόμενη στο δίκτυο, 24/7, σχεδόν απεριόριστη…

[via]