Quaise Energy chce zaadaptować elektrownie gazowe i węglowe do tworzenia studni geotermalnych używając promieni rentgenowskich by stapiać skałę.
Na północy stanu Nowy Jork znajduje się opuszczona elektrownia węglowa, którą uważa się za bezużyteczny relikt. Ale Paul Woskov z MIT widzi sprawy inaczej.
Woskov, inżynier badawczy w Plasma Science and Fusion Center w MIT, podkreśla, że turbina elektrowni jest w znakomitym stanie, a linie przesyłowe są podłączone do sieci elektrycznej. Wykorzystując metodę, nad którą pracował przez ostatnie 14 lat, ma nadzieję, że wróci ona do działania, i to zupełnie bez emisji węgla, przed rokiem 2030.
Ponadto, Quaise Energy, przedsiębiorstwo komercjalizujące pracę Woskova wierzy, że jeśli będzie w stanie zmodernizować jedną elektrownię, to ten sam proces będzie można przeprowadzić w praktycznie każdej elektrowni węglowej i gazowej na świecie.
Quaise ma nadzieję osiągnąć te ambitne cele poprzez wykorzystanie energii, która kryje się pod powierzchnią ziemi. Firma planuje wyparować tyle skał, by stworzyć najgłębsze na świecie otwory w ziemi i pobierać energię geotermalną na skalę, która zaspokoiłaby zapotrzebowanie ludzkości na miliony lat. Nie pokonali jeszcze wszystkich związanych z tym wyzwań inżynieryjnych, lecz założyciele Quaise wyznaczyli ambitny cel rozpoczęcia pozyskiwania energii ze studni pilotażowej do 2026 roku.
Plan ten łatwiej byłoby uznać za nierealistyczny i porzucić, gdyby był oparty na nowej i niesprawdzonej technologii. Jednakże, systemy wiertnicze Quaise opierają się na urządzeniu emitującym mikrofale zwanym żyrotronem, którego używa się w badaniach i produkcji od dziesięcioleci.
„Nie zajmie to dużo czasu po tym, jak rozwiążemy problemy inżynieryjne transmitowania czystego promienia i jego bezawaryjnego działania przy wysokiej gęstości energii”, wyjaśnił Woskov, który nie jest oficjalnie związany z Quaise, lecz współpracuje z nim jako doradca. „Pójdzie szybko, ponieważ technologia, żyrotrony, jest dostępna komercyjnie. Można złożyć zamówienie firmie i dostać system już teraz — oczywiście, tych źródeł promieni nigdy nie używano 24/7, ale są zaprojektowane tak, by działały przez długi okres. Myślę, że za pięć czy sześć lat uruchomimy elektrownię, pod warunkiem, ze poradzimy sobie z tymi problemami. Jestem nastawiony optymistycznie”.
Woskov i wielu innych badaczy używało żyrotronów by rozgrzewać materiał w eksperymentach fuzji nuklearnej przez dziesięciolecia. Jednak dopiero w 2008 roku, po tym jak MIT Energy Initiative (MITEI) opublikowało prośbę o propozycje nowych technologii odwiertów geotermicznych, Woskov wpadł na pomysł użycia żyrotronów w nowy sposób.
„[O żyrotronach] nie ma wielu publikacji w ogólnej społeczności naukowej, lecz ci z nas, którzy zajmują się badaniami nad fuzją rozumieli, że są one potężnymi źródłami promieni — jak lasery, tylko w innym zakresie częstotliwości”, powiedział Woskov. „Pomyślałem dlaczego nie skierować tych promieni o wysokiej energii zamiast w plazmę fuzyjną, w skałę i wyparować otwór?”
Podczas gdy energia z innych odnawialnych źródeł osiągnęła ogromną popularność na przestrzeni ostatnich lat, energia geotermalna odeszła w cień, głównie dlatego, że elektrownie geotermalne występują jedynie w miejscach, gdzie naturalne warunki pozwalają na wydobycie energii na stosunkowo nieznacznych głębokościach do około 120 metrów pod powierzchnią Ziemi. Na pewnej głębokości konwencjonalne odwierty stają się niepraktyczne, ponieważ skorupa ziemska jest zarówno gorętsza, jak i twardsza, przez co wiertła szybko się niszczą.
Pomysł Woskova by wykorzystać promienie żyrotronów do wyparowania skał stał się początkiem wyprawy naukowej, która właściwie nigdy się nie skończyła. Dzięki fundowaniu z MITEI, zaczął testy, szybko wypełniając swoje biuro małymi skałami, które uderzał milimetrowymi falami z małego żyrotronu w Plasma Science and Fusion Center MIT.
Zdjęcie: Paul Rivenberg
Około roku 2018 skały Woskova przykuły uwagę Carlosa Araque’a, który spędził swoją karierę w przemysłach naftowym i gazowym i był w tamtym okresie dyrektorem technicznym funduszu inwestycyjnego MIT The Engine.
W tamtym roku Araque i Matt Hounde, który współpracował z firmą geotermalną AltaRock Energy, założyli Quaise. Quaise wkrótce otrzymał grant z Departamentu Energii, by przenieść eksperymenty Woskova na większą skalę, używając większego żyrotronu.
Dzięki większej maszynie, zespół ma nadzieję wytworzyć dziurę dziesięciokrotnie głębszą niż w eksperymentach laboratoryjnych Woskova. Spodziewają się osiągnąć to przed końcem tego roku. Następnie, zespół wydrąży dziurę 10-krotnie głębszą niż ostatnia — Houde nazywa to dziurą 100 do 1.
„To jest coś, na czym [Departamentowi Energii] bardzo zależy, ponieważ chcą pokonać wyzwania związane z usuwaniem surowca z większych dystansów — innymi słowy, czy potrafimy pokazać, że całkowicie pozbywamy się oparów skał?” Houde wyjaśnia. „Wierzymy, że test 100 do 1 da nam też pewność siebie, by zmobilizować prototypową żyrotronową platformę wiertniczą w polu dla pierwszych demonstracji polowych”.
Spodziewa się, że testy na dziurze 100 do 1 zostaną zakończone bliżej końca następnego roku. Quaise również ma nadzieję, by zacząć wyparowywać skały w testach polowych w następnym roku. Ten krótki przewidziany okres odzwierciedla postępy, jakie Woskov już poczynił w laboratorium.
Pomimo tego, że potrzeba więcej badań inżynieryjnych, zespół spodziewa się być w stanie wywiercać i obsługiwać te studnie geotermalne bezpiecznie. „Wierzymy, dzięki pracy Paula na MIT przez ostatnie dziesięć lat, że większość, jeśli nie wszystkie kluczowe problemy fizyczne zostały rozwiązane”, oznajmił Houde. „Tak naprawdę to musimy pokonać tylko wyzwania inżynieryjne, co nie oznacza, że będzie to łatwe, lecz przynajmniej nie walczymy z prawami fizyki, co byłoby niemożliwe. To bardziej kwestia rozwiązania niektórych problemów technicznych i finansowych, by projekt mógł działać na większą skalę”.
Firma planuje rozpocząć pozyskiwanie energii z pilotażowych studni geotermalnych, w których skały osiągają temperatury do 500°C do 2026 roku. Gdy to osiągną, zespół ma nadzieję zacząć modernizować elektrownie węglowe i gazowe używając swojego systemu.
„Wierzymy, że jeśli uda nam się dowiercić do 20 km w głąb Ziemi, uzyskamy dostęp do superwysokich temperatur w ponad 90% miejsc na świecie”, stwierdził Houde.
Praca Quaise z Departamentem Energii ma na celu rozwiązanie najważniejszych pozostałych problemów związanych z wierceniem otworów o bezprecedensowej głębokości i ciśnieniu, takich jak usuwanie surowca i zdecydowanie, jakie cembrowanie będzie najlepsze, by otwory pozostały stabilne i otwarte. Jeśli chodzi o stabilność studni, Houde uważa, że wymagane jest dodatkowe modelowanie komputerowe i spodziewa się zakończyć je do końca 2024 roku.
Przez wiercenie studni w istniejących elektrowniach, Quaise będzie w stanie działać szybciej, niż gdyby musiało zdobywać pozwolenia budowy nowych elektrowni i linii przesyłowych. A przez zaadaptowanie ich sprzętu wiertniczego o fali milimetrowej do istniejącej floty platform wiertniczych, udostępni to firmie globalną siłę roboczą przemysłów naftowego i gazowego.
„W tych wysokich temperaturach [do których mamy dostęp], produkujemy parę wodną w temperaturze bliskiej, jeśli nie przewyższającej, temperaturę, w której działają dzisiejsze elektrownie węglowe i gazowe”, stwierdził Houde. „Więc możemy pójść do istniejących elektrowni i oznajmić: «Możemy zastąpić 95 do 100% waszego użycia węgla stwarzając pole geotermalne i produkując parę wodną z Ziemi, w tej samej temperaturze, w której spalacie węgiel by napędzać turbinę, bezpośrednio zastępując emisję dwutlenku węgla»”.
Zmiana systemów energetycznych świata w tak krótkim czasie jest czymś, co założyciele uważają za niezbędną pomoc, by uniknąć bardziej katastrofalnych scenariuszy globalnego ocieplenia.
„Przez ostatnie dziesięć lat, odnawialne źródła energii stały się dużo bardziej popularne, lecz zmiany nie zachodzą wystarczająco szybko, by osiągnąć cele, których potrzebujemy, by ograniczyć najgorsze skutki zmiany klimatu”, oznajmił Houde. „[Głęboka geotermalna energia] jest źródłem, które można zastosować wszędzie na dowolną skalę, i ma możliwość uzyskania dużej siły roboczej w przemyśle energetycznym, która może natychmiast wykorzystać swoje umiejętności w źródle energii całkowicie wolnym od dwutlenku węgla”.
