Paul Woskov, az MIT Plazmatudományi és Fúziós Központjának kutatómérnöke egy olyan energiatermelő elképzelést dolgozott ki, amely jelentős mértékben enyhítheti a bolygó energiaéhségét, miközben az energiatermelés és felhasználás miatti szén-dioxid-kibocsátást szinte nullára csökkenti. A lényeg, hogy hagyományos hőerőműveket állítanának át szén- vagy gáztüzelésüről geotermikus alapra.
A Quaise Energy, a Woskov munkáját kereskedelmi forgalomba hozó vállalat úgy véli, hogy ha egy erőművet sikerül utólagosan átalakítani, akkor ugyanez az eljárás gyakorlatilag a világ összes szén- és gázerőművénél működni fog.
A vállalat azt tervezi, hogy létrehozza a világ legmélyebb lyukait, és olyan mértékű geotermikus energiát termeljen ki, amely évmilliókig kielégítheti az emberi energiafogyasztást. Még nem oldották meg az összes kapcsolódó mérnöki kihívást, de a Quaise alapítói ambiciózus ütemtervet tűztek ki, hogy 2026-ra megkezdhessék az energia kitermelését egy kísérleti kútból.
Legyinthetnénk az elképzelésre, ha új és még nem bizonyított technológián alapulna. De a Quaise fúrórendszereinek középpontjában egy girotronnak nevezett mikrohullámot kibocsátó eszköz áll, amelyet már évtizedek óta használnak a kutatásban és a gyártásban.
Woskov szerint - aki a Quaise tanácsadójaként dolgozik - jelenleg azt a mérnöki problémát kell megoldaniuk, hogy továbbítsák a tiszta sugárnyalábot és fenntartsák a nagy energiasűrűségű, meghibásodás nélküli működést. Azután már minden gyorsan fog menni, mert az alapul szolgáló technológia, a girotronok, kereskedelmi forgalomban kaphatóak. Persze ezeket a sugárforrásokat még soha nem használták folyamatosan a hét minden napján, de úgy tervezték őket, hogy hosszú ideig működőképesek legyenek. "Szerintem öt-hat éven belül már működni fog egy üzem, ha megoldjuk ezeket a mérnöki problémákat. Nagyon optimista vagyok" - mondta Woskov.
A kutatók már évtizedek óta használnak girotront anyagfűtésre a magfúziós kísérletekben. Woskovnak azonban csak 2008-ban jutott eszébe, hogy a girotronokat egy új alkalmazáshoz használja, miután az MIT Energy Initiative (MITEI) kiírt egy új geotermikus fúrási technológiákra vonatkozó pályázati felhívást.
"A girotronok nem kaptak nagy nyilvánosságot a tudományos közösségben, de a fúziós kutatásban dolgozók megértették, hogy ezek nagyon erős sugárforrások, éppen mint a lézerek, csak más frekvenciatartományban. Arra gondoltam, miért ne lehetne ezeket a nagy teljesítményű sugarakat a fúziós plazma helyett a kőzetre irányítani, és párologtatással lyukat fúrni?" - mondja Woskov.
Miközben az elmúlt évtizedekben az egyéb megújuló forrásokból származó energia termelése robbanásszerűen megnőtt, a geotermikus energia nem fejlődött. Főként azért, mert geotermikus erőművek csak olyan helyeken léteznek, ahol a természeti feltételek lehetővé teszik az energiakitermelést viszonylag sekély, akár 100 méter körüli mélységből. Ráadásul egy bizonyos ponton túl a hagyományos fúrás már nem kivitelezhető, mivel a mélyebb kéreg forróbb és keményebb, ami elhasználja a mechanikus fúrószerszámokat.
Woskov a MITEI finanszírozásával elkezdte a teszteket, és hamarosan tele lett az irodája kis szikladarabokkal, amelyeket az MIT Plazmatudományi és Fúziós Központjában található kis girotronnal milliméteres hullámokkal robbantott fel.
Woskov szikláira 2018 körül felfigyelt Carlos Araque, aki karrierjét az olaj- és gáziparban töltötte, és akkoriban az MIT The Engine befektetési alapjának műszaki igazgatója volt. Abban az évben Araque és Matt Houde, aki az AltaRock Energy geotermikus vállalatnál dolgozott, megalapította a Quaise-t. A Quaise hamarosan támogatást kapott az Energiaügyi Minisztériumtól, hogy Woskov kísérleteit egy nagyobb girotronnal bővítse.
A nagyobb géppel a csapat azt reméli, hogy a Woskov laboratóriumi kísérleteinél tízszer mélyebb lyukat tudnak elpárologtatni. Ez várhatóan az év végére sikerülhet. Ezt követően a csapat egy, az előzőnél tízszer mélyebb lyukat fog elpárologtatni - amit Houde 100 az 1-hez lyuknak nevez. Houde kifejtette: "Úgy véljük, hogy a 100:1 arányú teszt is magabiztosságot ad ahhoz, hogy kimehessünk és mozgósítsunk egy prototípus gyrotronfúrótornyot az első terepi demonstrációkhoz."
A 100:1 arányú lyuk tesztjei várhatóan valamikor jövőre fejeződnek be. A Quaise azt is reméli, hogy a jövő év végén megkezdheti a kőzet párologtatását a terepi tesztek során. A rövid ütemterv tükrözi a Woskov által a laboratóriumában már elért eredményeket.
Bár további mérnöki kutatásokra van szükség, a csapat végül arra számít, hogy biztonságosan tudják majd ezeket a geotermikus kutakat fúrni és üzemeltetni. A vállalat azt tervezi, hogy 2026-ra megkezdi az energia kinyerését olyan kísérleti geotermikus kutakból, amelyek akár 500 C-os kőzethőmérsékletet is elérnek. Onnan kezdve a csapat reméli, hogy a szén- és földgázerőművek újrahasznosítását is el tudja kezdeni a rendszer segítségével. "Úgy gondoljuk, hogy ha 20 kilométer mélyre le tudunk fúrni, akkor a világ több mint 90 százalékában hozzáférhetünk ezekhez a szuperforró hőmérsékletekhez" - mondja Houde.
A Quaise, az amerikai energiahivatallal (DOE) közösen foglalkozik a példátlan mélységű és nyomású lyukak fúrásával kapcsolatos legnagyobb fennmaradó kérdésekkel. Például a kifúrt anyag eltávolításával és a legjobb burkolat meghatározásával a lyuk stabil és nyitott állapotban tartásához. A kút stabilitásának utóbbi problémájához Houde úgy véli, hogy további számítógépes modellezésre van szükség, és arra számít, hogy a modellezés 2024 végére befejeződik.
Azzal, hogy a Quaise a meglévő erőműveknél fúrja a lyukakat, gyorsabban tud majd haladni, mintha új erőművek és távvezetékek építéséhez kellene engedélyeket szereznie. Azzal pedig, hogy a milliméterhullámú fúróberendezéseik kompatibilisek a meglévő globális fúrótorony-flottával, a vállalat az olaj- és gázipar globális munkaerejét is ki tudja majd használni.
"Ezeken a magas hőmérsékleteken gőzt termelünk, amely nagyon közel van ahhoz a hőmérséklethez, ha nem haladja meg azt, amelyen a mai szén- és gáztüzelésű erőművek működnek. Tehát odamehetünk a meglévő erőművekhez, és azt mondhatjuk: A szénfelhasználásuk 95-100 százalékát helyettesíthetjük azzal, hogy geotermikus mezőt fejlesztünk ki, és gőzt termelünk a Földből, ugyanazon a hőmérsékleten, amelyen a turbinájuk működtetéséhez szenet égetnek, közvetlenül.
