Енергийната компания Quaise още от старта си през 2020 г.привлече сериозно внимание с дръзката си цел да се достигне по-дълбоко в земната кора, от който и да е по-рано.

След приключването на първия кръг на финансирането за рисков капитал, компанията вече е събрала общо 63 милиона щатски долара: добро начало, което потенциално може да направи геотермалната енергия достъпна за повече хора по света.

Компанията има намерение да се приближи до центъра на Земята, комбинирайки конвенционалните методи за сондиране с джиротрон с мегаватова мощност, вдъхновено от технология, която един ден може да направи възможна енергията от ядрен синтез.

Геотермалната енергия е малко забравена възобновяема енергия. Тъй като слънчевата и вятърната енергия все повече доминират на пазара на зелена енергия, усилията за използване на огромния резервоар на топлина дълбоко под краката ни остават упорито изоставащи.

Не е трудно да се разбере защо. Въпреки че е идеално добър избор на чиста, непрекъсната, неограничена мощност, има много малко места, където горещите скали, подходящи за добив на геотермална енергия, са удобно близо до повърхността.

Quaise има за цел да промени това, като разработи технология, която ще ни позволи да се изкопаят дупки в кората до рекордни дълбочини.

Най-дълбоките дупки в човешката история не са достатъчно дълбоки

Ако можехме да пробиваме достатъчно дълбоко, бихме могли да поставим геотермални електроцентрали навсякъде, където искаме. Но това е по-трудно, отколкото звучи. Дебелината на земната кора варира между около 5-75 км, като най-тънките части са в дълбокия океан.

Най-дълбоката дупка, която човечеството някога е успявало да пробие, е Колският свръхдълбок сондаж. Този руски проект близо до границата с Норвегия стартира през 1970 г. имаше за цел да пробие земната кора чак до мантията и един от неговите сондажи достига дълбочина от 12 289 м през 1989 г., преди екипът да реши, че е невъзможно да отиде по-дълбоко и остава без финансиране.

На тази дълбочина членовете на екипа на Колският сондаж са очаквали температурата да бъде някъде около 100 °C, но в действителност установяват, че е по-близо до 180 °C. Скалата е била по-малко плътна и по-порьозна от очакваното и тези фактори в комбинация с повишената температура създадат кошмарни условия за сондиране. Обектът е напълно запуснат и този „вход към ада“, невероятно инженерно постижение, сега е забравена, заварена затворена дупка.

Завареният Колски свръхдълбок сондаж, напълно изоставен, сниман през 2012 г. Безславен край за най-дълбокия сондажен проект в света. Кредит: Rakot13 (CC BY-SA 3.0)

Температурите от този сондаж са били достатъчно високи, за да осуетят процеса на сондиране, но не и достатъчно високи, за да се използва геотермалната енергия. Така че докато този проект и други са били безценни научни ресурси, са необходими нови технологии, за да се отключи геотермалния потенциал под краката ни.

Директно енергийно сондиране: Пътят напред

Когато условията стават твърде трудни за работа на физическите сондажни корони, изследователите тестват възможностите на насочените енергийни лъчи, които да нагряват, стопяват, счупват и дори изпаряват скалата преди главата на сондата дори да я докосне. Можете да видите ефекта от раздробяването върху твърда скала в GIF-а по-долу робота „Swifty“.

Военните експерименти в края на 90-те показват обещаващи резултати, че лазерно-асистираният сондаж може да премине през скала 10-100 пъти по-бързо от конвенционалното сондиране и това е от голям интерес за нефтените и газовите компании.

Процесът на сондиране с директна енергия, пише президентът на Impact Technologies Кенет Огълсби (Kenneth Oglesby) в доклад на Масачузетския технологичен институт (MIT) от 2014 г. за програма за геотермални технологии на Министерството на енергетиката на САЩ, би предложил някои огромни предимства: „1) няма механични системи в сондажа, които биха могли да се износят или счупят, 2) без ограничение на температурата, 3) еднаква лекота на проникване във всякаква твърдост на скалата и 4) потенциал за замяна на необходимостта от обвивка/циментиране с издръжлива витрифицирана облицовка."

Последният момент е интересен – свредел с директна енергия ефективно би укрепил скалата, през която е преминал, стопявайки стените на сондажа, покривайки ги в подобен на стъкло слой, който би запечатал течности, газове и други замърсители, които са причинили проблеми в предишните проекти за свръхдълбоко сондиране.

Но Огълсби обяснява защо е трудно приложението на лазерите при сондиране:

„Най-дълбокото проникване на скали, постигнато досега с лазери, е само 30 см. Има фундаментални физически и технологични причини за липсата на напредък в лазерното сондиране. Първо, потокът от частици, разпръсквани от скалите е несъвместим с късовъмновата енергия, която се разсейва и поглъща [от облаци прах и частици], преди да влезе в контакт със скалната повърхност. Второ, за лазерната технология е нужна много енергия, липсва ѝ ефективност и е твърде скъпа", пише Огълсби.

Джиротрон и енергийни лъчи на милиметрови вълни

Изглежда, че решението може да дойде от света на ядрения синтез. За да възпроизведат процесите във вътрешността на Слънцето, които освобождават най-безопасната и чиста форма на ядрена енергия, изследователите на термоядрения синтез трябва да генерират невероятни количества топлина. Става въпрос за устойчиви 150 милиона градуса в случая на проекта ITER. Благодарение на изследванията за термоядрен синтез, където са вложени милиарди долари, е ускорен напредъка и в други области, които иначе не биха получили такова финансиране.

Такъв пример е джиротронът, част от оборудването, първоначално разработено в Съветска Русия в средата на 60-те години. Джиротроните генерират електромагнитни вълни в милиметровия диапазон, дължини на вълните, по-къси от микровълните, но по-дълги от видимата или инфрачервената светлина. В началото на 70-те години на миналия век изследователи, работещи върху конструкцията на термоядрените реактори тип токамак, откриват, че тези милиметрови вълни са отличен начин за значително загряване на плазмата и през последните 50 години разработката на джиротроните постигна впечатляващ напредък на фона на изследванията за термоядрен синтез.

Вече са достъпни джиротрони, способни да генерират непрекъснати енергийни лъчи над мегават мощност, а това е полезно за дълбоките сондажи.

„Научната основа, техническата осъществимост и икономическият потенциал на сондирането на скали с насочена милиметрововълнова енергия при честоти от 30 до 300 GHz са силни“, пише Огълсби. „Това избягва разсейването на Рейли и може да свързва/прехвърля енергия към скална повърхност 10 12 пъти по-ефективно от лазерните източници при наличието на струя за извличане на частиците. Непрекъснатият поток  милиметрови вълни с мегаватова мощност може да бъде ефективен (>90%) насочен към големи разстояния (>10 км) при различни режими и вълноводни (тръбни) системи, включително възможността за използване на  гладкостенни гъвкав и съединени тръби."

„Термодинамичните изчисления“, продължава Огълсби, „предполагат, че скоростта на проникване от 70 метра/час е възможна в 5-сантиметрови сондажи с 1-MW джиротрон, който се свързва със скалата със 100 процента ефективност. Използването на източници с по-ниска или по-висока мощност (напр. 100 kW до 2 MW) би позволило промени в размера на отвора и/или степента на проникване."

Това би било огромен тласък за традиционните проекти за сондиране на нефт и газ, но (макар че може да се появят изненади), би трябвало също така значително да промени положението при свръхдълбоко сондиране, което може да направи възможно и навлизането достатъчно дълбоко в земната кора, за да се отключи огромният геотермален енергиен потенциал на Земята.

Quaise: Комерсиализация на свръхдълбоката свръхкритична геотермална енергия

През 2018 г. Центърът за плазмена наука и синтез на Масачузетския технологичен институт създаде компания, наречена Quaise, специално фокусирана върху свръхдълбоката геотермална енергия, използвайки хибридни системи, които комбинират традиционното ротационно сондиране с технология за милиметрови вълни, задвижвани от джиротрон, като същевременно изпомпват аргон като продухващ газ за почистване и охлаждане на отвора, като скалните частици се изхвърлят обратно на повърхността и далеч от мястото на сондажа.

Свързвайки джиротрон с мегаватова мощност с най-новите режещи инструменти, Quaise очаква да може да си проправи път през най-здравата и гореща скала до дълбочина от около 20 километра за няколко месеца.

На тези дълбочини топлината на заобикалящата скала може да достигне температури от около 500 градуса по Целзий - достатъчно, за да превърне всяка течна вода, нагнетявана там, в пара - подобно свръхкритичното състояние, което е идеално за генериране на електричество.

Използвайки първоначалното и инвестиционното си финансиране, Quaise предвижда да разполага с техниката, осигуряваща операции за доказване на концепцията през следващите две години. Ако всичко върви добре, може да има работеща система за производство на енергия до 2026 г.

До 2028 г. компанията се надява да може да трансформира стари електроцентрали, работещи с въглища, в съоръжения, захранвани с пара.

Това е технология едновременно толкова стара и същевременно толкова нова, че със сигурност ще има много въпроси.

Главният изпълнителен директор и съосновател на Quaise, Карлос Арак (Carlos Araque) пред New Atlas отговаря на някои от тях.

Дори и без тази технология, приблизително 8,3% от световната енергия може да идва от геотермален източник, снабдявайки около 17% от световното население. Близо 40 държави биха могли да разчитат изцяло на геотермална енергия в момента.

И все пак в засега по-малко от половин процент от електричеството в света се осигурява от топлината под краката ни. За да се насочим към нетни нулеви емисии до 2050 г., геотермалната енергия трябва да нараства с около 13% всяка година. За момента това става с много бавни темпове.

Това оставя много възможности за растеж, дори и да не намерим начин да разширим обхвата им. Остава да видим дали компании като Quaise ще помогнат за засилване на интереса към този пренебрегнат източник.

Това, което е сигурно обаче, е, че времето за намаляване на емисиите и ограничаване на глобалното затопляне до нещо по-малко катастрофално бързо се свива. Стигаме дъното, така че може би е време да копаем малко по-дълбоко.

Radical Plan to Make Earth's Deepest Hole Could Unleash Limitless Energy
MIKE MCRAE, ScienceAlert

Fusion tech is set to unlock near-limitless ultra-deep geothermal energy
Loz Blain, New Atlas