Υπάρχει μια εγκαταλελειμμένη μονάδα παραγωγής ενέργειας από λιγνίτη στα βόρεια της Νέας Υόρκης, την οποία οι περισσότεροι θα θεωρούσαν ως άχρηστη. Αλλά ο Paul Woskov του MIT βλέπει τα πράγματα διαφορετικά.
Ο Woskov, ένας ερευνητής μηχανικός του MIT, σημειώνει ότι ο στρόβιλος παραγωγής ισχύος του εργοστασίου είναι ακόμα άθικτος και οι γραμμές μεταφοράς εξακολουθούν να είναι συνδεδεμένες με το δίκτυο μεταφοράς ενέργειας. Χρησιμοποιώντας μια προσέγγιση, πάνω στην οποία εργάζεται τα τελευταία 14 χρόνια, ο ερευνητής ελπίζει ότι το εργοστάσιο θα τεθεί πάλι σε λειτουργία εντός της δεκαετίας, αυτή τη φορά παράγοντας ενέργεια με μηδενικές εκπομπές άνθρακα.
Στην πραγματικότητα, η Quaise Energy, η εταιρεία που εμπορευματοποιεί την έρευνα του Woskov, πιστεύει ότι εάν μπορέσει να μετασκευάσει ένα εργοστάσιο ηλεκτροπαραγωγής, η ίδια διαδικασία θα λειτουργήσει σχεδόν σε κάθε εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας που χρησιμοποιεί άνθρακα ή φυσικό αέριο, παγκοσμίως.
Η Quaise ελπίζει να επιτύχει αυτούς τους υψηλούς στόχους αξιοποιώντας μία πηγή ενέργειας που βρίσκεται στο υπέδαφος. Η εταιρεία σχεδιάζει να δημιουργήσει τις βαθύτερες οπές στον κόσμο και να συλλέξει γεωθερμική ενέργεια σε κλίμακα που θα μπορούσε να ικανοποιήσει την ανθρώπινη κατανάλωση ενέργειας για εκατομμύρια χρόνια. Δεν έχουν επιλυθεί ακόμη όλες τις σχετικές προκλήσεις μηχανικής, αλλά οι ιδρυτές της Quaise έχουν θέσει ένα φιλόδοξο χρονοδιάγραμμα για να ξεκινήσει η παραγωγή ενέργειας από μία πιλοτική οπή έως το 2026.
Το σχέδιο θα ήταν ευκολότερο να απορριφθεί ως μη ρεαλιστικό εάν βασιζόταν σε μια νέα και μη αποδεδειγμένη τεχνολογία. Αλλά τα συστήματα γεώτρησης του Quaise στηρίζονται σε μια συσκευή εκπομπής μικροκυμάτων που ονομάζεται γυροτρόνιο, η οποία χρησιμοποιείται σε ερευνητικές και παραγωγικές διεργασίες για δεκαετίες.
«Αυτό θα συμβεί γρήγορα μόλις λύσουμε τα άμεσα προβλήματα μηχανικής της μετάδοσης μιας συνεκτικής δέσμης μικροκυμάτων και της λειτουργίας της σε υψηλή ενεργειακή πυκνότητα χωρίς διαταραχές. Η όλη διαδικασία θα προχωρήσει γρήγορα γιατί η υποκείμενη τεχνολογία, τα γυροτρόνια, είναι εμπορικά διαθέσιμη. Θα μπορούσατε να κάνετε μια παραγγελία σε μια εταιρεία και να παραδοθεί ένα σύστημα αμέσως τώρα. Η αλήθεια βέβαια είναι ότι αυτές οι πηγές δέσμης μικροκυμάτων δεν έχουν χρησιμοποιηθεί ποτέ σε συνθήκες συνεχούς λειτουργίας, αλλά έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Σε πέντε ή έξι χρόνια, νομίζω ότι θα έχουμε ένα εργοστάσιο σε λειτουργία εάν λύσουμε αυτά τα προβλήματα μηχανικής. Είμαι πολύ αισιόδοξος.», εξηγεί ο Woskov, ο οποίος είναι σύμβουλος της Quaise.
Ο Woskov και πολλοί άλλοι ερευνητές χρησιμοποιούν γυροτρόνια για να θερμάνουν υλικά σε πειράματα πυρηνικής σύντηξης εδώ και δεκαετίες. Μόλις το 2008, ωστόσο, μετά τη δημοσίευση από το MIT Energy Initiative (MITEI), ενός αιτήματος για προτάσεις για νέες τεχνολογίες γεωθερμικής γεώτρησης, ο Woskov σκέφτηκε να χρησιμοποιήσει τα γυροτρόνια σε μια νέα εφαρμογή.
«Τα γυροτρόνια δεν έχουν γίνει ιδιαίτερα γνωστά στην ευρύτερη επιστημονική κοινότητα, αλλά όσοι ασχολούμαστε με την έρευνα σύντηξης, καταλάβαμε ότι ήταν πολύ ισχυρές πηγές δέσμης όπως τα λέιζερ, αλλά σε διαφορετικό εύρος συχνοτήτων», λέει ο Woskov. «Σκέφτηκα, αντί στο πλάσμα σύντηξης, γιατί να μην κατευθύνω αυτές τις δέσμες υψηλής ισχύος στη γήινη επιφάνεια και να προχωρήσω σε εξάτμιση του πετρώματος δημιουργώντας μία οπή στη γη;»
Καθώς η διαθέσιμη ισχύς από άλλες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας έχει αναπτυχθεί ιδιαίτερα τις τελευταίες δεκαετίες, η παραγωγή γεωθερμικής ενέργειας έχει παραμείνει σχετικά σταθερή, κυρίως επειδή τα γεωθερμικά εργοστάσια υπάρχουν μόνο σε μέρη όπου οι φυσικές συνθήκες επιτρέπουν την παραγωγή ενέργειας από μικρά σχετικά βάθη, έως και 400 πόδια κάτω από την επιφάνεια της Γης. Από ένα βάθος και πέρα, η συμβατική διάτρηση καθίσταται ανέφικτη, επειδή τα πετρώματα είναι και θερμότερα και σκληρότερα, γεγονός που φθείρει τα μηχανικά τρυπάνια.
Η ιδέα του Woskov να χρησιμοποιήσει ακτίνες γυροτρονίου για την εξάτμιση των πετρωμάτων, τον οδήγησε σε ένα ερευνητικό ταξίδι που δεν σταμάτησε ποτέ πραγματικά. Με κάποια χρηματοδότηση από το MITEI, άρχισε να τρέχει δοκιμές, γεμίζοντας γρήγορα το γραφείο του με μικρούς σχηματισμούς βράχων που είχε αποσυνθέσει με δέσμες μικροκυμάτων μήκος κύματος χιλιοστού από ένα μικρό γυροτρόνιο στο Κέντρο Επιστήμης Πλάσματος και Σύντηξης του MIT.
Γύρω στο 2018, η μέθοδος του Woskov τράβηξε την προσοχή του Carlos Araque, ο οποίος είχε περάσει την καριέρα του στη βιομηχανία πετρελαίου και φυσικού αερίου και ήταν εκείνη την εποχή ο τεχνικός διευθυντής του The Engine, του επενδυτικού ταμείου του MIT. Εκείνη τη χρονιά, ο Araque και ο Matt Houde, ο οποίος συνεργαζόταν με την εταιρεία γεωθερμίας AltaRock Energy, ίδρυσαν την Quaise. Η Quaise έλαβε σύντομα μια επιχορήγηση από το Υπουργείο Ενέργειας για να κλιμακώσει τα πειράματα του Woskov, χρησιμοποιώντας ένα μεγαλύτερο γυροτρόνιο.
Με τον ισχυρότερο εξοπλισμό, η ομάδα ελπίζει να εξατμίσει μεγαλύτερο όγκο πετρωμάτων και να δημιουργήσει μια οπή 10 φορές πιο βαθιά σε σχέση με τα πειράματα του εργαστηρίου του Woskov. Αυτό αναμένεται να επιτευχθεί μέχρι το τέλος του τρέχοντος έτους. Μετά από αυτό, η ομάδα θα προχωρήσει στην προσπάθεια να δημιουργήσει μια οπή 10 φορές το βάθος της προηγούμενης, αυτό που ο Houde ονομάζει οπή 100-προς-1.
«Αυτό είναι κάτι για το οποίο ενδιαφέρεται ιδιαίτερα το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ, επειδή θέλουν να αντιμετωπίσουν τις προκλήσεις που θέτει η αφαίρεση υλικού σε αυτά τα μεγαλύτερα βάθη. Με άλλα λόγια, καλούμαστε να δείξουμε ότι μπορούμε να αφαιρέσουμε αποτελεσματικά τους ατμούς που προκύπτουν από την εξάτμιση των πετρωμάτων. Πιστεύουμε ότι η δοκιμή για μία οπή με βάθος 100-προς-1 θα μας επιτρέψει να προχωρήσουμε στη χρήση ένα πρωτοτύπου γεωτρύπανου γυροτρονίου για τις πρώτες επιδείξεις στο πεδίο», εξηγεί ο Houde.
Οι δοκιμές που αφορούν μία οπή 100-προς-1 αναμένεται να ολοκληρωθούν κάποια στιγμή τον επόμενο χρόνο. Ο Quaise ελπίζει επίσης να ξεκινήσει την εξάτμιση πετρωμάτων σε δοκιμές πεδίου στα τέλη του επόμενου έτους. Το σύντομο χρονοδιάγραμμα αντικατοπτρίζει την πρόοδο που έχει ήδη κάνει ο Woskov στο εργαστήριο του.
Αν και χρειάζεται περισσότερη έρευνα, τελικά, η ομάδα αναμένει να είναι σε θέση να πραγματοποιήσει και να λειτουργήσει με ασφάλεια αυτές τις γεωθερμικές οπές. «Πιστεύουμε, λόγω της δουλειάς του Paul στο MIT την τελευταία δεκαετία, ότι τα περισσότερα, αν όχι όλα τα βασικά ερωτήματα της φυσικής έχουν απαντηθεί και αντιμετωπιστεί», λέει ο Houde. «Είναι πραγματικά προκλήσεις μηχανικής που πρέπει να απαντήσουμε, πράγμα που δεν σημαίνει ότι είναι εύκολο να λυθούν, αλλά δεν εργαζόμαστε ενάντια στους νόμους της φυσικής, μία πρακτική η οποία συνήθως δεν οδηγεί πουθενά. Είναι περισσότερο θέμα να ξεπεραστούν ορισμένες από πιο τεχνικά και οικονομικά θέματα για να μπορέσει να κλιμακωθεί η υιοθέτηση της τεχνολογίας».
Η εταιρεία σχεδιάζει να ξεκινήσει τη συλλογή ενέργειας από πιλοτικά γεωθερμικά πηγάδια που φτάνουν σε θερμοκρασίες πετρώματος έως και 500οC έως το 2026. Από εκεί, η ομάδα ελπίζει να αρχίσει να επαναχρησιμοποιήσει εργοστάσια παραγωγής ενέργειας από λιγνίτη και φυσικό αέριο, χρησιμοποιώντας το σύστημα της. «Πιστεύουμε ότι εάν μπορούμε να κάνουμε γεωτρήσεις σε βάθος 20 χιλιομέτρων, μπορούμε να έχουμε πρόσβαση σε αυτές τις εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες σε περισσότερο από το 90% των τοποθεσιών παγκοσμίως», λέει ο Houde.
Η δουλειά της Quaise με το Υπουργείο Ενέργειας αντιμετωπίζει αυτά που θεωρεί ως τα μεγαλύτερα ερωτήματα που απομένουν σχετικά με τη διάνοιξη οπών σε βάθη και πιέσεις άνευ προηγουμένου, όπως η αφαίρεση υλικού και ο προσδιορισμός του καλύτερου περιβλήματος υποστήριξης για να διατηρείται η οπή σταθερή και ανοιχτή. Για το τελευταίο πρόβλημα της σταθερότητας των φρεατίων, ο Houde πιστεύει ότι απαιτείται πρόσθετη μοντελοποίηση σε υπολογιστή και αναμένει να ολοκληρώσει αυτή τη μοντελοποίηση μέχρι το τέλος του 2024.
Με τη διάνοιξη των οπών σε υπάρχοντες σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, η Quaise θα μπορεί να κινηθεί πιο γρήγορα από ό,τι αν έπρεπε να λάβει άδειες για την κατασκευή νέων μονάδων παραγωγής και γραμμών μεταφοράς ενέργειας. Και καθιστώντας τον νέο εξοπλισμό γεώτρησης συμβατό με τις υπάρχουσες πλατφόρμες γεώτρησης, θα επιτρέψει επίσης στην εταιρεία να αξιοποιήσει το παγκόσμιο εργατικό δυναμικό της βιομηχανίας πετρελαίου και φυσικού αερίου.
«Σε αυτές τις υψηλές θερμοκρασίες στις οποίες έχουμε πρόσβαση, παράγουμε ατμό πολύ κοντά, αν όχι υπερβαίνοντας, τη θερμοκρασία στην οποία λειτουργούν οι σημερινοί σταθμοί παραγωγής ενέργειας με λιγνίτη και φυσικό αέριο. Έτσι, μπορούμε να πάμε σε υπάρχοντες σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής και να πούμε ότι μπορούμε να αντικαταστήσουμε το 95 έως 100% της χρήσης άνθρακα, αναπτύσσοντας ένα γεωθερμικό πεδίο και παράγοντας ατμό από τη Γη, στην ίδια θερμοκρασία που καίτε άνθρακα για τη λειτουργία του στροβίλου σας, εξαλείφοντας άμεσα τις εκπομπές άνθρακα».
Ο μετασχηματισμός των παγκόσμιων ενεργειακών συστημάτων σε τόσο σύντομο χρονικό διάστημα είναι κάτι που οι ιδρυτές θεωρούν κρίσιμο για την αποφυγή των πιο καταστροφικών σεναρίων υπερθέρμανσης του πλανήτη.
«Υπήρξαν τεράστια κέρδη από τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας την τελευταία δεκαετία, αλλά η μεγάλη εικόνα σήμερα είναι ότι δεν κινούμαστε αρκετά γρήγορα για να επιτύχουμε τα ορόσημα που χρειαζόμαστε για τον περιορισμό των χειρότερων επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής. Η γεωθερμία μεγάλου βάθους είναι ένας πόρος ενέργειας που μπορεί να αποκτήσει κλίμακα οπουδήποτε και έχει την ικανότητα να αξιοποιήσει ένα μεγάλο εργατικό δυναμικό στην ενεργειακή βιομηχανία για μια πηγή ενέργειας, εντελώς ανεξάρτητης απο τον άνθρακα», καταλήγει ο Houde.
Με πληροφορίες από Bigthink.com
