وقتی صحبت از انرژی های تجدیدپذیر می شود، تقریباً تمام توجه ها به خورشید و باد می رود. این تعجب آور نیست که با توجه به پارگی لایه اوزون، هر دو فناوری اخیراً فعال شده اند. اما انرژی گرمایی هسته زمین تقریبا در این میان از یاد رفته است.
اما خورشیدی و باد معایبی دارند. نه به طور مداوم قابل اعتماد است و نه به طور جهانی عملی. این بدان معناست که ذخیره و حمل و نقل انرژی بسیار مهم است. در حالی که روندهای امیدوارکننده ای در هر دو جبهه وجود دارد، ولی تا به امروز، باتری ها هنوز گران هستند و ساخت، نگهداری و جایگزینی آنها نیازمند منابع زیادی هستند و ساخت زیرساخت های جدید به زمان نیاز دارد. ناگفته نماند که باد و خورشید فضای زیادی را برای تولید انرژی اشغال می کنند.
بنابراین، اگر یک منبع تقریبا بی حد و حصر انرژی در هر نقطه از این سیاره در دسترس باشد، چه؟ اگر تنها چیزی که ما را از بهره برداری از منبع انرژی مذکور باز می دارد، فناوری باشد چه؟ و اگر این فناوری از تخصص یک صنعت تریلیون دلاری استفاده کند و بتواند به راحتی در بسیاری از زیرساختهای ساخته شده برای آن صنعت نفوذ کند، چه؟
پاسخ به این سوالات همیشه زیر پای ما بوده و هست. هسته سیاره ما گرمتر از سطح خورشید است. تنها کاری که باید انجام دهیم این است که به اندازه کافی عمیق سوراخ کنیم تا مقداری از گرمای آن آزاد شود. حداقل، این رویایی است که Quaise Energy در حال ارائه آن است و این استارتاپ که در سال ۲۰۱۸ از MIT خارج شد، اخیراً ۴۰ میلیون دلار بودجه جدید برای پیگیری آن کسب کرده است.
به نظرتان ایده بزرگی است؟ مته های سنتی را با پرتوهای نور میلی متری تعویض کنید تا سنگ را به جای خرد کردن، تبخیر کنید. این متههای بدون تماس میتوانند تا عمق ۱۲ مایلی در پوسته زمین که دمای سنگ به ۷۰۰ درجه فارنهایت میرسد را سوراخ کنند. آب از سوراخ پایین میرود، به بخار فوق بحرانی تبدیل میشود و برای به حرکت درآوردن توربینهای استاندارد و تولید برق برای تغذیه شبکه به سطح بازمیگردد.
کارلوس آراک، یکی از بنیانگذاران و مدیرعامل Quaise، در سال ۲۰۲۰ به IEEE Spectrum گفت: “امروز ما یک مشکل دسترسی داریم. وعده این است که اگر بتوانیم ۱۰ تا ۲۰ کیلومتر عمق حفاری کنیم، اساساً به منبع بینهایت انرژی دسترسی خواهیم داشت.”
این استارتآپ هنوز باید کارهای فناوری تجربی خود را در خارج از آزمایشگاه ثابت کند و سپس انواع مشکلاتی را حل کند که تنها در مواجهه با سنگهای سوزان تحت فشار شدید مطرح میشوند.
انرژی گرمایی هسته زمین
انرژی گرمایی هسته زمین چندان مورد توجه قرار نمی گیرد زیرا به شرایط خاص وابسته است. به عنوان مثال، ایسلند به طور گسترده از زمین گرمایی (در کنار نیروگاه آبی) استفاده کرد تا شبکه خود را تقریباً ۱۰۰ درصد قابل تجدید کند. این جزیره ای باشکوه است که توسط آتشفشان ها و یخچال های طبیعی شکل گرفته و زمانی که آتش و آب در نزدیکی سطح ترکیب می شوند، زمین گرمایی بی معنی است.
نیروگاههای زمین گرمایی معمولی به بخاری که از طریق شکافها و شکافهای سنگها بالا میآید ضربه میزنند تا ساختمانها را گرم کنند و توربینهایی را که برق تولید میکنند را به حرکت درآورند. در حالی که جهان زیرین زمین به طور جهانی آتشین است، شرایط زمین گرمایی سنتی چندان گسترده نیست.
به همین دلیل است که انرژی زمین گرمایی نسل بعدی بهجای تکیه بر شرایط طبیعی، درباره ایجاد شرایط مناسب است. سیستمهای زمین گرمایی پیشرفته (EGS) در سنگهای داغ حفاری میکنند که ترکها، شکافها و آب کمتری دارند. سپس سنگ را با سیالات پرفشار (یک فناوری قرض گرفته شده از صنعت نفت و گاز که در آنجا به نام “فرکینگ” شناخته می شود) شکافتند و برای آزادسازی گرما، آب را پمپاژ کردند.
البته، فرکینگ با مقداری مشکل همراه است، اما طرفداران EGS تاکید می کنند که تفاوت های قابل توجهی وجود دارد. سیالات مورد استفاده برای EGS ایمن تر هستند و خطر کمتری برای آلودگی آب های زیرزمینی دارند. شانس القای فعالیت لرزه ای نیز کمتر است، زیرا EGS از شکستگی های کوچکتر در سنگ استفاده می کند و در مقایسه با بازیافت نفت و گاز در شیل، فشار کمتری مصرف می کند.
با حفاری عمیقتر، استارتآپ در دماهای بالاتر به سنگ برخورد میکند. در واقع آنقدر داغ که میتوانند آب فوق بحرانی تولید کنند، فاز چهارم آبی که نه مایع است و نه گاز و دارای چند ویژگی خاص است. به عنوان مثال، آب فوق بحرانی (آب فوق داغ) ۴ تا ۱۰ برابر انرژی در واحد جرم نگه می دارد و تبدیل آن به الکتریسیته را دو برابر می کند.
اریک اینگرسول، تحلیلگر انرژی پاک در LucidCatalyst گفت: “نه تنها انرژی بیشتری از چاه خود دریافت میکنید، بلکه از این انرژی برق بیشتری نیز دریافت میکنید.”
شایان ذکر است که به گفته Araque، Quaise دما را هدف قرار می دهد، نه عمق. در برخی از نقاط جهان، مانند ایسلند، سنگ به دمای لازم در سه تا پنج مایل زیر سطح برخورد می کند. اما در جاهای دیگر این دماها تنها در ۱۲ مایلی زیر زمین یافت می شوند.
Araque می گشود: “ما میخواهیم زمین گرمایی در هر کجای دنیا که هستید قابل دوام باشد و برای آن باید عمیقتر بروید. ۲۰ کیلومتر، تقریباً ۹۵ درصد از جمعیت جهان را برای شما به ارمغان می آورد.”
بنابراین، اولین و مهم ترین چالش Quaise حفاری به اندازه کافی عمیق است و این کار آسانی نخواهد بود.
ضربه زدن به هسته
هر چه عمیقتر حفاری کنید، سنگ داغتر میشود. این یک نعمت و یک نفرین است. به گفته Araque، با استفاده از فناوری متعارف، نقطهای وجود دارد که عمیقتر کردن آن عملی نیست. یک مشکل، ذوب شدن لوازم الکترونیکی شماست. بدتر از آن، مته ها در اثر دما و سنگ سخت، پاره می شوند. برای تعویض مته در آن اعماق، ممکن است یک هفته برای بالا کشیدن آن، چند ساعت برای تعویض آن و یک هفته دیگر برای فشار دادن آن به پایین وقت بگذارید.
برای حل مشکل، ایده این است که بدون تماس باشید.
پل ووسکوف از MIT که تحقیقاتش پایه رویکرد Quaise است، یک دهه را صرف اثبات فیزیک درگیر در این مورد کرد. این سیستم از پرتویی از انرژی موج میلی متری (فرکانس الکترومغناطیسی در قلمرو امواج مایکروویو) که توسط یک ژیروترون روی سطح تولید می شود، استفاده خواهد کرد. پرتوهای مایکروویو سوراخ مته را در کنار گاز (نیتروژن، هوا یا آرگون) به سمت پایین پرتاب می کند و لایه هایی از سنگ را در اعماق زمین تبخیر می کند. سپس گاز به هم متصل شده و سنگ تبخیر شده را مانند توده ای از خاکستر آتشفشانی به سطح بالا می برد.
این تیم از سرمایه گذاری ها و کمک های مالی (در مجموع ۶۳ میلیون دلار) استفاده می کند تا در سال ۲۰۲۴ اولین سنگ در میدان غرب ایالات متحده را منفجر کند. از آنجا، آنها عمق را تا رسیدن به اهداف خود افزایش خواهند داد. Araque میگوید، بیشتر بقیه موارد (از ایجاد نفوذپذیری در سنگ تا راهاندازی گیاهان زمین گرمایی که گرمای زمین را جمعآوری میکنند) قبلاً ثابت شده است.
به گفته Araque، “گلوگاه، فناوری حفاری است. اگر بتوانید آن را شکست دهید، همه چیز در جای خود قرار می گیرد.”
برنامه بلندمدت Quaise این است که به نیروگاههایی نزدیک شود که با سوختهای فسیلی کار میکنند و پیشنهاد حفاری میادین زمین گرمایی را که مطابق با تجهیزات موجود آنها سفارشی شدهاند، انجام دهد. این مزارع ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ برابر کمتر از آنچه برای خورشید یا باد مورد نیاز است ، می خواهند. هنگامی که وصل شد، اساساً کار مثل همیشه است: توربینها برق تولید میکنند و آن را از طریق زیرساختهای موجود به شبکه و خانهها، اتومبیلها و مشاغل ما میرسانند.
Araque می گیود: “ما از مگاوات راضی نیستیم. ما به تراوات از شبکه در سراسر جهان نیاز داریم. این انتقال انرژی است.”
این یک چشم انداز بزرگ است و هنوز هم یک چشم انداز اولیه. احتمالاً باید سالها صبر کنیم تا ببینیم نتیجه می دهد یا خیر. در این میان، سایر شرکتها این مشکل را برطرف میکنند و دامنه انرژی گرمایی هسته زمین را با پروژههای کمعمقتر و سیستمهای حلقه بسته (بدون نیاز به شکستگی) افزایش میدهند.
صرف نظر از این، به نظر می رسد یک پروژه ارزشمند است. موتور زمین شناسی زمین قرار نیست برای یک میلیارد سال بمیرد و انرژی آن از هر نقطه ای از سطح زمین در دسترس است.( تا زمانی که بتوانیم به اندازه کافی عمیق حفاری کنیم.) با پیشرفت تکنولوژی، زمین گرمایی میتواند به یک مکمل قابل اعتماد و فراوان برای ترکیب انرژی تبدیل شود.