Nie jest tajemnicą, iż wnętrze Ziemi skrywa ogromne ilości energii cieplnej. Niestety, jej wykorzystanie nie jest proste. Standardowe elektrownie geotermalne korzystają z gorącej wody i pary znajdujących się w skałach na znacznych głębokościach. Islandia, położona na styku płyt tektonicznych i będąca jednym z najbardziej aktywnych geologicznie obszarów Europy, od lat wykorzystuje ten potencjał. Teraz badacze chcą pójść o krok dalej i zbliżyć się do jednego z najbardziej ekstremalnych środowisk na naszej planecie: strefy bezpośrednio sąsiadującej z magmą.
Czytaj też: Nowy sposób na wykorzystanie energii Słońca. Nie trzeba fotowoltaiki, by pozyskać wodór
Projekt nosi nazwę KMT Krafla Magma Testbed). Jego celem jest stworzenie pierwszego na świecie ośrodka badawczego umożliwiającego bezpośrednie badanie magmy w jej naturalnym środowisku. Zgodnie z aktualnymi planami pierwsza specjalnie przygotowana studnia geotermalna ma powstać w przyszłym roku. Nie będzie to jednak od razu komercyjna elektrownia, lecz przede wszystkim eksperymentalna infrastruktura do badań i testowania nowych technologii.
Wybór lokalizacji nie jest przypadkowy. System wulkaniczny Krafla na Islandii należy do najlepiej zbadanych obszarów geotermalnych na świecie. W 2009 roku, podczas realizacji jednego z projektów, wiertło niespodziewanie dotarło tam do magmy na głębokości około 2,1 kilometra. Dla operatorów było to poważne wyzwanie techniczne, ale dla naukowców – wyjątkowa okazja. Zamiast potraktować zdarzenie wyłącznie jako niepowodzenie, badacze zaczęli analizować, jakie możliwości otwiera kontakt z tak gorącym środowiskiem.
W miejscu odwiertu temperatury sięgały około 900 stopni Celsjusza. Eksperyment wykazał, że w pobliżu magmy można uzyskać wyjątkowo dużą ilość energii cieplnej. Według danych przytaczanych wcześniejszy odwiert osiągnął moc cieplną przekraczającą 100 megawatów podczas testów. Nie oznacza to jednak, że uzyskano z niego równie dużą moc elektryczną. Ciepło i energia elektryczna to dwie różne wielkości, a ich przekształcenie wymaga odpowiedniej instalacji. Mimo to doświadczenie pokazało, iż ekstremalnie gorące zasoby geotermalne mogą mieć znacznie większy potencjał niż te wykorzystywane w typowych odwiertach.
Jednym z najważniejszych kierunków badań w tym zakresie jest wykorzystanie tzw. wody nadkrytycznej. W normalnych warunkach woda wrze w temperaturze 100 stopni Celsjusza, choć jej temperatura wrzenia rośnie pod wpływem ciśnienia. Po przekroczeniu około 374 stopni Celsjusza i ciśnienia 22,1 megapaskala osiąga stan nadkrytyczny, w którym zanika wyraźna granica między cieczą a gazem. Taki płyn może transportować znacznie więcej energii cieplnej niż zwykła gorąca woda. W teorii oznacza to, że pojedynczy odwiert geotermalny mógłby dostarczać wielokrotnie więcej energii niż konwencjonalna studnia.
Czytaj też: Sprytnie połączą paliwa kopalne z odnawialnymi. Czy taka przyszłość ma sens?
Aby jednak wykorzystać tę właściwość w praktyce, trzeba opanować bardzo trudne warunki pracy. Wysoka temperatura, agresywne chemicznie płyny i ogromne ciśnienie stanowią poważne wyzwanie dla rur, czujników, uszczelnień oraz pozostałych elementów instalacji. KMT ma dodatkowo pomóc odpowiedzieć na pytania, na które geolodzy od dawna nie potrafią uzyskać pełnej odpowiedzi. Komory magmowe znajdują się głęboko pod powierzchnią, a ich budowę i zachodzące w nich procesy poznajemy głównie pośrednio – na podstawie pomiarów sejsmicznych, zmian temperatury czy składu gazów wydobywających się z gruntu.
Bezpośredni dostęp do magmy pozwoliłby instalować czujniki i pobierać próbki w warunkach, których nie da się odtworzyć w zwykłym laboratorium. Badacze chcą obserwować między innymi przepływ ciepła, zmiany właściwości magmy oraz jej oddziaływanie z otaczającymi skałami i płynami. Wiedza ta może w przyszłości poprawić modele opisujące zachowanie wulkanów, a tym samym przyczynić się do lepszego prognozowania zagrożeń. Nie oznacza to, że naukowcy będą w stanie dokładnie przewidzieć każdą erupcję, ale bezpośrednie dane z wnętrza systemu wulkanicznego mogą znacząco poszerzyć ich możliwości.
Źródło: ZME Science
