A girotronnal (nagy teljesítményű mikrohullámú sugárzást kibocsátó eszköz) a földkéreg átfúrása a korlátlan energiaforrások keresése érdekében sci-finek hangozhat. De pontosan ezt tervezi az amerikai Quaise Energy startup cég, amely a japán Mitsubishit is a támogatói között tartja számon.
„A Föld egy hatalmas akkumulátor, és a tiszta megújuló energia kiaknázatlan forrása” – mondta a Quaise társalapítója, Matthew Houde a Recharge-nak. A geotermikus energia még mindig hiánypótló megújuló energiaforrás a szél-, nap- és vízenergiához képest, de Houde úgy véli, hogy áttörés előtt állunk.
Szerinte a geotermikus energia ideális kiegészítője a szél- és naperőművek időszakos energiájának, mivel állandó alapterhelést biztosít. Egy másik hatalmas előnye, hogy a geotermikus energia felkészült arra, hogy kihasználja a világ jelenlegi legnagyobb iparágának, az olaj- és gáziparnak az előnyeit, mivel szerinte pontosan ugyanolyan készséget és munkaerőt igényel.
Houde szerint azért nem sikerült még az áttörés, mert jelenleg a geotermikus energia három dolog együttállásán múlik: a hő, a víz és az áteresztőképesség meglétén. Ez azt jelenti, hogy csak nagyon korlátozott helyeken működik, például Izlandon – a geotermikus melegágyban – és a csendes-óceáni térségben, például Indonéziában és Kaliforniában.
Ez hozzájárult ahhoz, hogy a geotermikus energia eddig meglehetősen csekély mértékben épült ki: a tavalyi év végén becslések szerint 16 GW-ot tett ki, szemben a nap- és szélenergia egyenként több mint egy terawattjával.
A Quaise úgy véli, hogy a mélyebb, forróbb és gyorsabb fúrásokra vonatkozó terve terawattos nagyságrendű geotermikus energiát hozhatna létre. Ez döntő jelentőségű lenne egy olyan világban, ahol tavaly év végén 3,4 TW megújuló energiaforrásból származó kapacitás állt rendelkezésre.
A Quaise tervének középpontjában, amely a globális megújulóenergia-ágazat felforgatására irányul, egy girotron áll, egy olyan technológia, amelyet némileg ironikus módon a korlátlan tiszta energia iránti párhuzamos törekvés – a magfúzió – előmozdítására terveztek.
A girotron egy erős lézersugárral nagy teljesítményű, milliméteres tartományba eső mikrohullámokat hoz létre a plazma – a fúziós reaktorokban használt üzemanyag – felmelegítésére és szabályozására.
A Massachusetts Institute of Technology Plasma Science and Fusion Centerből 2018-ban kivált Quaise ezeket a nagy teljesítményű mikrohullámokat fogja használni a kőzet „elpárologtatására” és akár 20 kilométer mélyen a földkéregbe való fúrásra.
A Quaise szerint az ilyen mélységben keletkező gőz hőmérséklete körülbelül 500 °C, ami megegyezik azzal a hőmérséklettel, amelyen a modern szén- és gáztüzelésű erőművek működnek.
Mindez „egészen egyedülállóvá” teszi a Quaise-t – mondta Houde, aki azt állítja, hogy a versenytársaknál mélyebbre és forróbbra fúrva az induló vállalkozás a szél- és napenergiával azonos költséggel tud majd energiát termelni. Ez azt is jelenti, hogy a Quaise geotermikus energiát tudna szállítani olyan helyeken, ahol ez jelenleg lehetetlen, például az Egyesült Államok keleti részén és Európa számos területén, kiszabadítva ezzel az energiaforrást a jelenlegi földrajzi korlátok közül.
Ha a Quaise akár csak a közelébe jut a végső céljának, a 20 kilométer mélyre történő fúrásnak, akkor nem csak megdönti, hanem megtizedeli az ember által készített legmélyebb lyuk jelenlegi rekordját.
A Kola 12 262 méter szupermély fúrás a Szovjetunió nevéhez és az Egyesült Államokkal folytatott hidegháborús versenyhez fűződik – az űrverseny kevésbé divatos ellenpólusaként.
A szovjeteknek 20 évbe telt, mire Houde szerint problémába ütköztek a helyiek által „pokolba vezető kútnak” nevezett helyen. A 200 °C-ot megközelítő hőmérséklet miatt a szovjetek már nem tudták tovább hűteni a berendezésüket, és az leállt. A girotronnal a Quaise megkerülheti ezt a problémát, mondta Houde.
Míg a Quaise az első néhány kilométeren hagyományos fúrást fog alkalmazni, amint lejjebb ér, átvált a girotronra. A technológia lényege, hogy nem lesznek mechanikai eszközök és elektronikák a fúrólyuk forróságában. Ennek oka, hogy a girotron a Föld felszínén fog ülni. Minden, ami ebben a szakaszban a lyukba kerül, egy egyszerű, hullámos fémcső, úgynevezett hullámvezető, mondta Houde. A girotron ezen keresztül sugározza majd a mikrohullámokat, hogy elpárologtassa a kilométerekkel a felszín alatt lévő kőzetet.
A 20 kilométer mélyre történő fúrás ambiciózus cél – ismeri el Houde. Ha a Quaise ilyen mélyre jut, akkor szerinte bárhol megcsapolhatná a szuperforró geotermikus energiát.
De még a 10-15 kilométeres mélység elérése is azt jelentené, hogy a Quaise, amely idén tervezi az első terepi teszteket a technológiájával, megvalósíthatja terawattos geotermikus céljait.
A fúziós technológia alkalmazása a Föld legmélyebb lyukának fúrásához összetett kihívásokkal jár. Houde szerint ezek egyszerűen fogalmazva a következők:
„Le kell juttatnunk az energiát a lyukba, ki kell szednünk a kőzetet a lyukból, majd nyitva kell tartanunk a lyukat anélkül, hogy az beomlana.”
A girotron kiválóan alkalmas arra, hogy nagy távolságokra nagy mennyiségű energiát küldjön, a modellezés szerint 80-90%-os hatékonysággal. De ahhoz, hogy ez működjön, biztosítaniuk kell, hogy a föld alatt akár 20 kilométer hosszan elnyúló cső viszonylag egyenes legyen, görbületek és megszakítások nélkül.
Ha ez nem sikerülne, az ívek kialakulását okozhatná, mondta Houde, amikor a mikrohullámok egy megszakításba ütközve villámokat keltenének a csőben – mintha véletlenül alumíniumfóliát tennénk a mikrohullámú sütőbe.
Amikor a mikrohullámok a kőzetet érik, a keletkező pára olyan forró, hogy plazmává ionizálódik – mondta Houde. Ez kevésbé hasonlít a villámcsapásra, mint az íveknél, és inkább lángra hasonlít – mondta. Ha a plazma felgyülemlik, az problémát okozhat.
A kőzetet azonban annyira el kell párologtatni, hogy a megmaradt részecskéket egy tisztítógázzal ki lehessen emelni a lyukból – mondta. Ellenkező esetben a részecskék megtapadhatnak és eltömíthetik a hullámvezető és a lyuk közötti teret.
A Quaise-nak kreatívnak kell lennie azon a téren is, hogyan akadályozza meg, hogy a lyuk magába omoljon. Ennek oka, hogy nem használhatja a nyomás kiegyenlítésére általában használt fúróiszapot, mivel a hullámvezetőnek képesnek kell lennie a mikrohullámok átvitelére.
Houde szerint az ellátási lánc problémája is fennáll. A girotronokat elsősorban fúziós kutatásokhoz építik, és nem szabványosítják és optimalizálják az általunk kívánt fúrási körülményekre. Nem is megbízhatóak és strapabíróak az elemekkel szemben – mondta.
A minden eddiginél mélyebbre fúrásnak szélesebb körű tudományos következményei lesznek, mondta Houde: „Új dolgokat fogunk megtudni a kőzetösszetételről és a kőzetmechanikáról.”
A Kola-fúrás annak idején bebizonyította a földkéreg összetételére vonatkozó, a szeizmológián alapuló téves feltételezéseket. A tudósok azt hitték, hogy a gránit egy bizonyos mélységben bazalttá változik a földkéregben, de a Kola-fúrás megmutatta, hogy ez nem igaz – mondta Houde.
„Biztos vagyok benne, hogy ha képesek lennénk ilyen szélsőséges mélységekbe fúrni, új ismeretekre tehetnénk szert a tudományos közösség számára. Bár azt tudom, hogy néhány geológus biztosan nem fog örülni annak, hogy tönkretesszük a kőzetet a lyukban” – mondta.
Kiemelt kép forrása: Quaise Energy
Devenyi Dalma
