Elektrownia w wulkanie

Niecodzienny eksperyment w amerykańskim stanie Oregon: naukowcy pompują zimną wodę pod wulkan, aby ją ogrzać, a następnie wykorzystać do produkcji prądu

Pomysł nie jest nowy: zaprząc do pracy ciepło płynące z wnętrza globu. Niektóre kraje wulkaniczne, takie jak Islandia, Filipiny, Nowa Zelandia, czy Salwador, obficie czerpią z zasobów energii geotermalnej. Tam jednak jest ona, rzecz można, na wyciągnięcie ręki. Ciepło wygenerowane we wnętrzu Ziemi swobodnie przenika ku powierzchni gruntu za pośrednictwem gazów i wód krążących w skałach. Samo się prosi, by po nie sięgnąć.

Woda kruszy skały

Inaczej jest w przypadku doświadczenia prowadzonego w Oregonie. Tym razem trzeba sięgnąć po energię uwięzioną na głębokości ponad 3 km. W wybranym przez badaczy miejscu temperatury na tym poziomie przekraczają 300°C. Ciepła zatem jest w bród, jednak nie może ono samodzielnie przedostać się do góry. Tkwi bowiem w warstwach skał pozbawionych większych szczelin, a tym samym nieprzepuszczalnych dla wód i gazów geotermalnych.

Naukowcy postanowili pokonać tę przeszkodę. Drążą głęboki odwiert i wtłaczają do niego zimną wodę. To ona ma stać się nośnikiem ciepła - rozszerzy i wypełni mikroszczeliny w skałach. W ten sposób się od nich ogrzeje. Finalnie utworzy rozległy podziemny rezerwuar energii geotermalnej. Pompowanie wody powinno się zakończyć w ciągu kilkunastu tygodni. Po przerwie rozpocznie się druga faza doświadczenia: wiercenie odwiertów, którymi ciepło popłynie na powierzchnię, aby poruszać niewielką na początek turbiną parową wytwarzającą prąd elektryczny.

Eksperyment odbywa się na zboczach wulkanu Newberry w malowniczych Górach Kaskadowych. Nie jest to najwyższa góra w tym wulkanicznym paśmie, ale za to zajmująca największą powierzchnię. Jej średnica przekracza 30 km. Partie szczytowe zajmuje rozległa kaldera - owalne zagłębienie o długości 8 km, szerokości 6 km i głębokości pół kilometra - dziś częściowo zajęta przez dwa jeziora. Obecność kaldery świadczy o tym, że Newberry bywał w przeszłości bardzo gwałtowny. Obecnie jednak drzemie i nie zdradza najmniejszych oznak aktywności. Z wierzchu jest więc chłodny, ale pod spodem - wciąż gorący. Dlatego geolodzy uznali go za najlepszego kandydata do eksperymentu.

Zespołem geofizyków i hydrogeologów kieruje Susan Petty, wcześniej badaczka z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles, a obecnie szefowa firmy innowacyjnej AltaRock Energy. Do swojego pomysłu zdołała przekonać federalny Departament Energii oraz kilka funduszy wysokiego ryzyka, w tym Google'a. Dzięki temu zgromadziła już ponad 40 mln dolarów. Dłużej trwało przekonywanie władz stanowych, społeczności lokalnych oraz agencji ochrony środowiska. Zgodę na swoje próby naukowcy dostali dopiero jesienią 2012 r., po ponad trzech latach starań.

Wcześniej musieli złożyć tomy ekspertyz, w tym dostarczyć wyniki wielu symulacji komputerowych, przy pomocy których modelowano praktycznie każdą fazę eksperymentu oraz potencjalne konsekwencje: zachowanie i wędrówki wtłaczanej wody, rozmiary podziemnego zbiornika geotermalnego, przesunięcia gruntu i zagrożenia sejsmiczne. W końcu pozwolono im na wpompowanie 80 mln litrów wody w północno-zachodnie stoki wulkanu, w miejscu odległym o 10 km od jego wierzchołka.

Obudzą wulkan?

Badacze twierdzą, że ich ingerencja nie powinna obudzić drzemiącej góry lub wywołać drżeń, które mogłyby taką pobudkę sprowokować. Przeciwnicy projektu nie są tego pewni. Zwracają uwagę, że wtłaczanie wody do wnętrza wulkanu jest podobne do szczelinowania hydraulicznego stosowanego do pozyskiwania gazu i ropy z łupków. Zastosowanie takiej agresywnej technologii polegającej na rozłupywaniu skał wodą, może być niebezpieczną zabawą w przypadku wulkanu, który co prawda obecnie śpi, ale z pewnością nie powiedział jeszcze ostatniego słowa.

Petty uspokaja jednak, że ciśnienie pompowanej wody jest kilka razy mniejsze, niż w przypadku typowego szczelinowania, a ingerencja w skały - znikoma.

- Monitorujemy wulkan przy pomocy aparatury sejsmicznej. Zarejestrowaliśmy niewielkie drżenia, ale nie są one groźne. Świadczą o tym, że woda płynie tam, gdzie chcieliśmy, i trochę się przy tym rozpycha - mówi badaczka.

Podkreśla ona również, że podczas wydobycia gazu łupkowego stosuje się ze dwa tuziny najrozmaitszych chemikaliów, natomiast w zastrzyku, który otrzymuje Newberry, znajduje się tylko jeden środek. To neutralny dla środowiska, biodegradowalny żel, który ma tymczasowo wypełnić świeżo poszerzone szczeliny. Dzięki temu pod wulkanem będą mogły powstać aż trzy poziomy geotermalne ulokowane jeden pod drugim.

Pierwsze próby dobrania się do tej energii geotermalnej, która sama nie potrafi wydostać się spod ziemi, podjęto w latach 70. XX w. Naukowcy wiercili kilkukilometrowe odwierty i wprowadzali do nich pod znacznym ciśnieniem wodę, która po ogrzaniu się od skał powracała na powierzchnię drugim otworem. Pomysł nazwano Enhanced Geothermal System (EGS), czyli zaawansowaną geotermią. Teoretycznie dzięki EGS można zyskać dostęp do niewyczerpanych zasobów ciepła płynącego z wnętrza globu. Nie trzeba być wcale krajem wulkanicznym, aby skorzystać z tych rezerw.

W praktyce jednak technologia okazała się droga i skomplikowana. Wiele testów zakończyło się niepowodzeniem. Na świecie pracuje zaledwie kilka takich eksperymentalnych instalacji, m.in. we Francji i Niemczech. Własne badania prowadzą też Brytyjczycy, Holendrzy, Japończycy i Australijczycy. Do tej pory jednak nikt nie próbował zrobić tego, co AltaRock: wtłoczyć wodę głęboko pod wulkan

Z symulacji komputerowych wynika, że Newberry mógłby zasilać elektrownię o mocy nawet kilkuset megawatów. Na razie jednak taka wielka instalacja nie powstanie. Za wcześnie na to. Naukowcy chcą natomiast dowieść, że dzięki ich nowatorskiej technologii koszty zaawansowanej geotermii spadną nawet kilkakrotnie. To uczyniłoby z niej opłacalną metodę produkcji prądu w wielu miejscach na świecie. Jesienią 2013 r., gdy ciepło spod wulkanu w Oregonie po raz pierwszy popłynie na powierzchnię, okaże się, czy te teoretyczne wyliczenia pokryły się z rzeczywistością.