Bušenje najdublje rupe u povijesti za geotermalnu energiju

Američka tvrtka Quaise koja je nastala kao spin-off znanstvenika instituta tehnologije u Massachusettsu MIT-a unazad nekoliko godina, razvija projekt koji bi mogao omogućiti geotermalnu energiju na svakom podušju svijeta, bez obzira na geološki sastav tla.

Gdje god postoji pristup toplini, postoji geotermalna energija koja se može prikupiti. A ispod Zemljine površine ima toliko topline, da bi iskorištavanje samo 0,1% topline moglo zadovoljiti potrebe cijelog svijeta za energijom za više od 20 milijuna godina.

Kad bismo mogli bušiti dovoljno duboko, mogli bismo postaviti geotermalne elektrane gdje god želimo. Ali to je puno teže nego što zvuči. Zemljina kora varira u debljini od oko 5 do 75 km, s najtanjim dijelovima koji se nalaze daleko u dubokom oceanu, kao što možete vidjeti u ovom videu.

Najdublja rupa koju je čovječanstvo ikada uspjelo izbušiti je Kola Superdeep Borehole. Ovaj ruski projekt u blizini norveške granice započeo je 1970., s ciljem probijanja kore sve do plašta, a jedna od njegovih bušotina dosegla je vertikalnu dubinu od 12.289 m, prije nego što je tim odlučio da je neizvedivo ići dublje.

Njemačka je potrošila više od četvrt milijarde eura na vlastitu verziju u kasnim 80-ima, ali njezina bušotina KTB, dosegla je samo 9.101 m.

Proces bušenja s izravnom energijom (laserom), ponudio bi neke goleme prednosti: "1) nema mehaničkih sustava u bušotini koji bi se mogli istrošiti ili pokvariti, 2) nema ograničenja temperature, 3) jednaka lakoća probijanja bilo koje tvrdoće stijene i 4) potencijal za zamjenu potrebe za kućište/cementiranje izdržljivom vitrificiranom oblogom."

Bušilica s izravnom energijom učinkovito bi spalila stijenu koju je prorezala, topeći osovinu bušotine dok ide i pretvarajući je u staklasti sloj koji bi zatvorio tekućine, plinove i druge onečišćenje koji su uzrokovali probleme u prethodnim projektima ultradubokog bušenja.

Ali laseri ne mogu bušiti toliko duboko. Postoje temeljni fizički i tehnološki razlozi za taj nedostatak napretka u laserskom bušenju. Prvo, protok čestica za ekstrakciju stijene nije kompatibilan s energijom kratke valne duljine koja se raspršuje i apsorbira u oblacima prašine i čestica prije nego što dođe u kontakt sa željenom površinom stijene. Drugo, laserska tehnologija ima nedostatak energije, učinkovitosti i preskupa je.

Još jedna metoda dolazi iz svijeta nuklearne fuzije, točnije "žirotron" koji je izvorno razvijen u Sovjetskom savezu sredinom 1960-ih. Žirotroni generiraju elektromagnetske valove u milimetarskom dijelu spektra, s valnim duljinama kraćim od mikrovalova, ali dužim od vidljive ili infracrvene svjetlosti. Početkom 1970-ih istraživači koji su radili na dizajnu tokamaka za fuzijske reaktore otkrili su da su ovi milimetarski valovi izvrstan način za značajno zagrijavanje plazme, a tijekom posljednjih 50 godina razvoj žirotrona postigao je impresivan napredak.

Žirotroni koji mogu generirati kontinuirane energetske zrake preko megavata snage sada postaju dostupni, a to je odlična vijest za dubinske bušilice.

MIT-ov Plasma Science and Fusion Center pokrenuo je 2018. tvrtku pod nazivom Quaise, posebno usmjerenu na ultra-duboku geotermalnu energiju koristeći hibridne sustave koji kombiniraju tradicionalno rotacijsko bušenje s tehnologijom milimetarskih valova pokretanu žirotronom, uz upumpavanje argona kao plina za pročišćavanje za čišćenje i hlađenje bušotine dok ispaljuje čestice stijena natrag na površinu i uklanja ih s puta.

Tvrtka je do danas prikupila oko 105 milijuna američkih dolara, a planira prikupiti još 200 milijuna kako bi izgradila svoju prvu komercijalnu elektranu.

Quaise planira izbušiti rupe duboke do 20 km i očekuje da će njegov proces poboljšan žirotronom trajati samo 100 dana.

Quaiseov hibridni uređaj za ultra-duboko bušenje kombinirat će konvencionalno rotacijsko bušenje s žirotronskim pogonom bušenja usmjerenom energijom mm-valova, pročišćenog elektromagnetski prozirnim plinom argonom.

Quaise očekuje da će na ovim dubinama pronaći temperature od oko 500 °C, što je daleko iza točke u kojoj geotermalna energija doživljava veliki skok u učinkovitosti.

Quaise radi na demonstracijskim strojevima u punoj veličini, koji se mogu primijeniti na terenu od početka 2025. godine. U siječnju je tvrtka započela svoje prvo testiranje na otvorenom, ali veliko ispitivanje je postavljeno za kasnije tijekom 2025.

Quaise također planira iskoristiti postojeću infrastrukturu poput elektrana na ugljen, koje će s vremenom biti zatvorene jer ograničenja emisija postaju sve stroža. Ovi objekti već imaju goleme kapacitete za pretvaranje pare u električnu energiju, kao i etablirane komercijalne operatere i iskusnu radnu snagu, te dolaze prikladno unaprijed spojeni na elektroenergetsku mrežu. Quaise bi jednostavno zamijenio svoje trenutne izvore topline na fosilna goriva s dovoljno superkritične geotermalne energije kako bi se turbine okretale neograničeno dugo bez potrebe za ugljenom.

Tvrtka je već udružila snage s američkom tvrtkom Nevada Gold Mines kako bi započela ugradnju tehnologije u postojeće lokacije. Ako sve bude išlo po planu, kasnije ove godine dobit će financiranje kako bi se prikupio novac i pokrenula potpuno komercijalna elektrana.

Quaise ima za cilj ponovno pokrenuti svoje prvo postrojenje na fosilno gorivo do 2028., a zatim nastaviti s usavršavanjem i repliciranjem procesa u cijelom svijetu, budući da bi toplina trebala biti dostupna apsolutno bilo gdje na Zemlji s ovom tehnologijom bušenja.

Postoji više od 8500 elektrana na ugljen diljem svijeta, ukupnog kapaciteta preko 2000 gigavata, i sve će one morati pronaći nešto drugo za raditi do 2050. godine, tako da je prilika očito ogromna.