|
Нащупали новый источник чистой неограниченной энергии
|
|
|
|
Перспективы получения практически неограниченной чистой геотермальной энергии теперь значительно улучшились. Лаборатория экспериментальной механики горных пород EPFL (LEMR) показала, что полупластичная, вязкая порода на сверхкритических глубинах все еще может разрушаться, пропуская воду.
|
|
|
|
Наряду с ядерной энергетикой в виде расщепления или термоядерного синтеза и одним или двумя другими передовыми источниками, геотермальная энергетика действительно обещает сделать концепцию общей нехватки энергии такой же устаревшей, как беспокойство о саблезубых тиграх. Используя огромное количество тепла, исходящее из недр Земли, теоретически возможно извлекать достаточно чистой энергии, чтобы удовлетворить все энергетические потребности человечества на миллионы лет вперед, решив самую серьезную проблему изменения климата более или менее за одну ночь.
|
|
|
|
Проблема в том, что вся эта чудесная энергия скрыта на много миль под земной корой, и затраты на ее получение астрономические. В результате сегодняшняя геотермальная энергия является нишевым источником, доступным только в нескольких разбросанных вулканических регионах, где тепло находится гораздо ближе к поверхности – как правило, далеко от того места, где требуется энергия.
|
|
|
|
|
|
|
Но практически везде на планете есть гораздо более мощные сверхкритические геотермальные ресурсы, которые ждут своего использования, если только вы сможете пробурить скважину достаточно глубоко, чтобы добраться до по-настоящему горячих пород, залегающих глубоко под поверхностью. Мы все еще говорим лишь о небольшой части расстояния, проходящего через земную кору, но там, внизу, достаточно жарко, чтобы нагреть воду до температуры более 400 °C (752 °F).
|
|
|
|
При таких температурах вода переходит в "сверхкритическое состояние" и начинает вести себя как нечто среднее между жидкостью и газом: она течет так же легко, как газ, но сохраняет плотность жидкости. Эта фаза может быть использована для извлечения большого количества энергии. С практической точки зрения, если вы сможете нагреть воду до сверхкритических температур, то сможете запустить геотермальную электростанцию с мощностью, в 10 раз превышающей мощность обычной электростанции, использующей воду более низкой температуры.
|
|
|
|
Плохая новость заключается в том, что бурение на такие глубины – иногда превышающие рекордную для Кольской скважины глубину в 12 км (7,5 миль) - в настоящее время находится за пределами передовых инженерных разработок, хотя есть несколько очень многообещающих проектов, которые могли бы решить эту проблему в относительно короткие сроки.
|
|
|
|
Хорошая новость заключается в том, что если бы мы смогли освоить бурение на такую глубину, то смогли бы устанавливать геотермальные установки практически в любой точке планеты – например, на заброшенных участках остановленных угольных электростанций. У них уже есть подключение к электросетям и множество оборудования для паровых турбин, так почему бы не перековать климатические мечи на орала?
|
|
|
|
Предстоит решить еще много проблем, одна из которых заключается в том, что геотермальная энергия требует максимального контакта между поверхностью породы и нагреваемой жидкостью, и одним из лучших способов значительно увеличить площадь этого контакта является разрушение породы в процессе, удивительно похожем на тот, который используется при гидроразрыве нефти и газа. Компания Fervo Energy наглядно продемонстрировала, как сильно этот подход может повлиять на геотермальную установку.
|
|
|
|
Но поскольку никто никогда не бурил так глубоко, наука не смогла сказать, может ли скала там треснуть и пропустить воду. Наблюдения, проведенные вблизи отметки в 10 км (6,2 мили), показали, что скала начинает вести себя совсем не так, как ближе к поверхности.
|
|
|
|
Вместо того чтобы быть твердым и хрупким, он становится мягким, пластичным и липким, что наводит на мысль о невозможности разрушения породы и пропускания через нее воды при сверхкритических температурах.
|
|
|
|
По крайней мере, так было до тех пор, пока команда EPFL под руководством Габриэля Мейера не провела несколько лабораторных тестов, используя новый трехосный аппарат на основе газа, синхротронные 3D-изображения высокого разрешения и конечно-элементное моделирование.
|
|
|
|
"Когда вы приближаетесь к отметке в 10 километров (6,2 мили), порода больше не трескается, а деформируется равномерно, как мягкая карамель, и ее поведение становится сложным", - сказал Мейер. "Деформация происходит на уровне кристаллических структур в зерне. Я хотел выяснить, может ли вода циркулировать в породе, которая приняла такую необычную пластичную форму".
|
|
|
|
Мейер и его команда воспроизвели давление и условия, существующие в земной коре, чтобы пронаблюдать, как они изменяются во время так называемого перехода от хрупкого состояния к пластичному (BDT). Эти лабораторные тесты особенно важны, поскольку практически невозможно провести такие наблюдения в реальном мире. Вместо этого испытательный стенд воссоздал условия температуры и давления в образце горной породы, который был отсканирован с помощью синхротрона для создания 3D-изображений, которые были переданы в компьютерное моделирование.
|
|
|
|
Они обнаружили, что камень меньше похож на замазку, чем на Silly Putty – популярную игрушку, которая действует и как жидкость, и как твердое вещество. Если вы будете обращаться с Silly Putty, вы легко сможете придать ей любую форму, которая вам нравится, а если вы положите ее на стол, она будет очень медленно растекаться, как жидкость. Но самое интересное в том, что вы можете взять эту мягкую, текучую шпаклевку, и если ударить по ней молотком, она разлетится вдребезги, как стекло.
|
|
|
|
Согласно новому исследованию EPFL, горная порода, покрывающая сверхкритическую зону, действует аналогичным образом. Хотя она пластична, ее можно расколоть, чтобы через нее могла протекать вода. Это означает, что с помощью какой-нибудь сложной технологии глубокого гидроразрыва пласта было бы возможно построить несколько очень серьезных геотермальных установок.
|
|
|
|
“Геологи долгое время считали, что точка перехода от хрупкого состояния к пластичному является нижней границей циркуляции воды в земной коре”, - говорит Мейер. “Но мы показали, что вода может циркулировать и в пластичных породах. Это очень многообещающее открытие, которое открывает новые возможности для исследований в нашей области”.
|
|
|
|
Эта работа особенно актуальна для таких компаний, как Quaise Energy – стартап с Восточного побережья, работающий над демонстрацией того, что рекордные сверхглубокие геотермальные скважины могут быть пробурены с помощью технологии ускорителей частиц, разработанной для использования в области термоядерной энергетики, вместо буровых долот, которые просто не выдерживают такой глубины при повышении температуры.
|
|
|
|
Такие компании, как Fervo и Sage Geosystems, доказывают, что использование гидроразрыва пласта в геотермальной энергетике позволяет извлекать гораздо больше энергии, чем традиционные методы – это исследование доказывает, что концепция может быть применима и к сверхглубоким сверхкритическим геотермальным проектам.
|
|
|
|
Как указывалось ранее, если эти компании добьются успеха и смогут вывести на рынок электростанции такого типа в широком масштабе, текущие потребности человечества в энергии просто перестанут быть проблемой. Чистая, работающая в режиме 24/7, практически неограниченная энергия... Теоретически здесь есть много оснований для оптимизма, и, хотя многие беспрецедентные проблемы еще предстоит решить, мы надеемся, что в ближайшее время мы сможем сообщить о большем прогрессе.
|
|
|
|
Источник
|
