EI MIDAGI ROOSILIST ⟩ Maasoojusenergia ulatuslik kasutamine võibki unistuseks jääda – loe, miks

Kummaline viis, kuidas sügaval Maa sees asuvad kivimid käituvad kuumuse ja rõhu all, võib muuta ülekriitilise geotermilise energia võimatuks. Foto: Pixabay

Superkriitiline geotermiline energia lubab täita inimkonna energiaprobleeme miljoniteks aastateks, kuid kui praktiline see tegelikult on? Lux Researchi teadlase Karthik Subramaniani uus analüüs viitab, et see idee võib jääda pigem ebapraktiliseks kui teostatavaks.

Esmapilgul tundub geotermiline energia olevat geniaalne energiaallikas. See on puhas, Maal on piisavalt soojust tsivilisatsiooni energiavajaduste katmiseks ning selle saab kätte puurimise teel.

Veelgi parem on niinimetatud superkriitiline geotermiline energia. Tavalised geotermilised süsteemid toimivad, kui puuritakse auke piirkondadesse, kus on vulkaane või kuumaveeallikaid, ning kasutatakse soojust pumbates vett maapõue ja siis ammutades auru või paigaldades soojusvaheti, et kuumutada vett suletud torustikus.

Kuigi see töötab, on selliste elektrijaamade rajamine väga kulukas ja maailmas on vaid väheseid kohti, kus neid saab ehitada. Samuti on nende võimsus piiratud, sest nad saavutavad ainult umbes 200 °C temperatuuri, mis annab ühe elektrijaama energiatootmise võimsuseks 5 MW.

Praktiliselt tähendab see, et geotermiline energia moodustab vaid umbes 0,5 protsenti maailma energiast ja ei kasva kunagi üle 3,5 protsendi aastas.

Superkriitiline geotermiline energia viib idee järgmisele tasemele, otsides kas magmapesasid pinnalt umbes 2 km sügavusel või püüdes leida kuumust maapõues kuni 20 km sügavuselt. Siin on temperatuur ja rõhk nii suured, et vesi kuumutatakse üle 373 °C ja rõhuni üle 220 bari. Selles seisundis on vesi ülekuumenenud, kuid ei suuda aurustuda ning suudab hoida neli kuni kümme korda rohkem energiat kui tavaline vesi või aur.

Teisisõnu, superkriitiline geotermiline elektrijaam võiks saavutada 50 MW võimsuse ja kolm puurkaevu võiksid toota sama palju energiat kui 42 tavalist geotermilist puurkaevu. Lisaks tähendab superkriitilise soojuse leidmine kas magmapesa avastamist või piisavalt sügavale puurimist ükskõik millises asukohas Maal.

See kõlab suurepäraselt, kuid siin on tõkkeks ees tohutu insenertehniline probleem, mis viib puurimistehnika ja materjalid äärmuslikesse oludesse. Peale selle, et tuleb puurida fantastiliselt sügavaid auke, peavad need taluma rõhke, gaase ja korrosiooni, mis hävitaks kiiresti tavalised puurimisseadmed. Siiski on olemas veel suurem probleem.

Selleks et jõuda superkriitilise kihini või kapselduseni, peab puur läbima niinimetatud rabeplastilise üleminekutsooni (Brittle-Ductile Transition Zone ehk BDTZ). Lihtsamalt öeldes muutub superkriitilise tsooni kohal olev kivi sügavuse temperatuuri ja rõhu mõjul. Selle asemel et olla habras, muutub kivi painduvaks ja plastiliseks. Kujutage ette graniiti, mida saab rullida nagu plastiliini, ja saate natuke aimu, millega on tegemist.

BDTZ ei ole ühtlane. Ülemine kiht on endiselt habras, alumine plastiline ja keskosa on nende kahe hübriid. See tähendab, et selle kaudu puurimine nõuab palju pingutust vähese eduga ja see on väga raske puuride ja muu varustuse jaoks.

Karthik Subramaniani sõnul nõuab BDTZ läbimine puurimispiirkonna põhjalikku tundmist, et leida kohti, mis on läbivalt haprad – kui selliseid kohti üldse leidub. Samuti tähendab see tegelemist allpool ventileeruvate kuumade ja korrosiivsete vulkaaniliste gaasidega, mis võivad sisaldada vesiniksulfiidi ja vääveldioksiidi.

Tegelikult pole need probleemid mitte ainult keerulised, vaid võivad olla ületamatud praeguse tehnoloogiaga, mis tähendab, et superkriitilise geotermilise energia unistus võib jäädagi vaid unistuseks.

«Superkriitiline geotermiline energia on hetkel siiski kaugel kommertsialiseerimisest ja sõltub puurimismeetodite, digitaalsete ressursimudelite ja materjalide arengu edusammudest, et neid ressursse energiatootmiseks kasutada,» selgitas Subramanian. «Vaatamata oma potentsiaalile ei mängi superkriitiline geotermiline energia tõenäoliselt olulist rolli energiatehnoloogiate üleminekutel oma tehniliste takistuste tõttu. Kui tehnilised barjäärid suudetakse ületada, on superkriitiline geotermiline energia majanduslikult tasuv ainult piirkondades, kus vulkaaniline või tektooniline tegevus toimub väiksematel sügavustel, kui just uued süvapuurimismeetodid ei tõesta vastupidist.»

Süvapuurimise raskused võivad tähendada, et superkriitiline geotermiline energia jääb piiratud vulkaanilistele piirkondadele, nagu Island või Vaikse ookeani kuum vöönd, kuid BDTZ ületamine võib osutuda võimalikuks MIT ja Cambridge'i ülikooli toetatud Quaise'i idufirma arendatava tehnoloogia abil. See ettevõte plaanib kasutada «Gyrotroni» genereeritud osakeste kiirgust, mis võiks murda, sulatada ja aurustada segavat plastilist kivikihti.

Kas ja kuidas see suudetakse teoks teha, näitavad aeg ja katsed.

Allikad: Lux Research ja New Atlas