Cách những tảng đá siêu nóng trải dài hàng dặm dưới bề mặt trái đất có thể cung cấp năng lượng sạch vô hạn

Cách những tảng đá siêu nóng trải dài hàng dặm dưới bề mặt trái đất có thể cung cấp năng lượng sạch vô hạn

    Cách những tảng đá siêu nóng trải dài hàng dặm dưới bề mặt trái đất có thể cung cấp năng lượng sạch vô hạn
    NHỮNG ĐIỂM CHÍNH

    Năng lượng địa nhiệt đá superhot có thể được tạo ra từ đá khô có nhiệt độ ít nhất 752 độ F. Nó tồn tại trên khắp trái đất ở độ sâu từ 2 đến 12 dặm.


    Một báo cáo mới được công bố hôm thứ Sáu từ Lực lượng Đặc nhiệm Không khí Sạch, một tổ chức phi lợi nhuận về khí hậu, cho thấy rằng với sự đầu tư vào đổi mới, loại năng lượng sạch, tải cơ bản này có khả năng cạnh tranh về chi phí với các công nghệ không carbon khác, trong khi có một dấu chân đất nhỏ.


    Ít hơn 0,2% năng lượng toàn cầu hiện được tạo ra từ địa nhiệt thông thường vì nó yêu cầu nhiệt và nước tương đối gần bề mặt trái đất.

    The iconic Old Faithful Geyser springs to life (every 90 minutes) in Yellowstone National Park's Upper Geyser Basin on September 18, 2022, in Yellowstone National Park, Wyoming. Sitting atop an active volcanic caldera, Yellowstone, America's first National Park, is home to more geological hydrothermal features (geysers, mud pots, hot springs, fumaroles) than are found in the rest of the world combined.
    Mạch nước phun Old Faithful mang tính biểu tượng xuất hiện (cứ sau 90 phút) trong Lưu vực mạch nước phun Thượng của Công viên Quốc gia Yellowstone vào ngày 18 tháng 9 năm 2022, trong Công viên Quốc gia Yellowstone, Wyoming. Nằm trên đỉnh miệng núi lửa đang hoạt động, Yellowstone, Công viên Quốc gia đầu tiên của Mỹ, là nơi có nhiều đặc điểm địa chất thủy nhiệt (mạch nước phun, chậu bùn, suối nước nóng, núi lửa) hơn những nơi còn lại trên thế giới cộng lại.

    Tương lai của năng lượng sạch, năng lượng tái tạo đang ở dưới chân chúng ta. Theo đúng nghĩa đen.

    Lõi của trái đất rất nóng - ở đâu đó từ 7.952 độ đến 10.800 độ F ở chính tâm. Nếu chúng ta có thể khoan sâu từ bề mặt vào thứ được gọi là đá siêu nóng, thì chúng ta có thể tiếp cận sức nóng của trái đất và biến nó thành một nguồn năng lượng không carbon khổng lồ, luôn có sẵn.

    Một báo cáo mới công bố hôm thứ Sáu từ Lực lượng Đặc nhiệm Không khí Sạch, một tổ chức khí hậu phi lợi nhuận, phát hiện ra rằng loại năng lượng đá siêu nóng sạch, tải trọng này có tiềm năng cạnh tranh về chi phí với các công nghệ không carbon khác - đồng thời, rất nghiêm trọng , có diện tích đất nhỏ.

    Lực lượng Đặc nhiệm Không quân Sạch đã ủy quyền cho một tổ chức địa nhiệt phi lợi nhuận, Tổ chức Nghiên cứu Năng lượng Đá Nóng và một công ty tư vấn năng lượng sạch quốc tế, LucidCatalyst, để ước tính chi phí bình đẳng của điện đá siêu nóng quy mô thương mại. Họ xác định rằng cuối cùng nó có thể có giá từ 20 đến 35 đô la cho mỗi megawatt giờ, cạnh tranh với mức giá năng lượng từ các nhà máy khí đốt tự nhiên hiện nay.

    Đây vẫn chưa phải là thực tế. Hiện tại, không có hệ thống năng lượng địa nhiệt đá siêu bắn nào vận hành và cung cấp năng lượng, Bruce Hill, nhà khoa học địa chất trưởng tại Clean Air Task Force và là tác giả của báo cáo, nói với CNBC. Nhưng tiền đang chảy vào các dự án nghiên cứu và các công ty đang làm việc để phát triển công nghệ này.

    Báo cáo cho rằng năng lượng đá siêu nóng có thể được thương mại hóa vào những năm 2030 và lập luận rằng tập hợp các tính năng độc đáo của nó - đó là một nguồn năng lượng cơ bản sạch vô tận với một dấu vết nhỏ - khiến khoản đầu tư trở nên đáng giá.

    Hill nói với CNBC: “Sẽ có đầu tư công và tư tương tự như đầu tư được phân bổ cho nhiên liệu hạt nhân, thu giữ carbon và hydro”. “Các chương trình địa nhiệt nhận được tài trợ từ Quốc hội và Bộ Năng lượng Hoa Kỳ ít hơn nhiều so với các chương trình khác này. Địa nhiệt đá superhot thậm chí không nằm trong cuộc tranh luận về khử cacbon - nhưng với sự đầu tư tích cực trong một hoặc hai thập kỷ, nó có thể tạo ra năng lượng tải cơ sở - địa phương, năng lượng dày đặc, công ty sạch (baseload) và cạnh tranh, ”từ góc độ giá cả.

    The graphic here shows that if technology develops allowing the drilling into hot, dry rock, superhot rock geothermal energy can be available virtually anywhere.

    Đồ họa ở đây cho thấy rằng nếu công nghệ phát triển cho phép khoan vào đá khô, nóng, thì năng lượng địa nhiệt đá siêu nóng có thể có sẵn hầu như ở bất cứ đâu.

    Hình ảnh của Lực lượng Đặc nhiệm Không quân Clear

    Địa nhiệt thông thường và địa nhiệt siêu nóng
    Trong khi năng lượng từ đá siêu nóng hiện không được sử dụng, năng lượng địa nhiệt đang được sử dụng ở một số nơi có nhiệt độ siêu nóng gần với bề mặt trái đất. Hiện tại, khoảng 16 gigawatt điện đến từ địa nhiệt trên toàn cầu, theo CATF - tức là chưa đến 0,2% tổng năng lượng của thế giới. Để so sánh, có 2.100 terawatt công suất cho năng lượng than trên toàn cầu và 1 terawatt công suất cho năng lượng tạo ra từ quang điện hoặc tấm pin mặt trời.

    Nhưng việc tiếp cận năng lượng đá siêu bắn liên quan đến việc khai thác vào đá khô, nóng hơn - có ở khắp mọi nơi, nhưng đôi khi nằm sâu bên dưới bề mặt.

    Lỗ khoan sâu nhất từng được khoan trên trái đất đã đi xuống gần 8 dặm ở Bán đảo Kola của Nga vào những năm 1970, nhưng đá ở đó không nóng đến 752 độ F - mức tối thiểu cần thiết cho loại năng lượng này. (Đá bắt đầu tan chảy ở nhiệt độ từ 1.112 đến 1.832 độ F, vì vậy cửa sổ chức năng cho địa nhiệt đá siêu nóng là khoảng từ 752 đến 1022 độ F, Hill nói.)

    Bạn phải khoan bao xa để đạt được 752 độ tùy thuộc vào vị trí của bạn. Hill nói với CNBC ở rìa ranh giới mảng kiến ​​tạo hoặc gần hoạt động núi lửa gần đây, nó có thể xuống hai dặm, nhưng ở giữa lục địa, bạn có thể phải đi xuống 12 dặm.

    Nước sẽ được bơm xuống lỗ và quay trở lại trái đất ở trạng thái siêu nóng được gọi là 

    "Siêu tới hạn", có các đặc tính của khí và chất lỏng cùng một lúc. Nước siêu tới hạn đó sau đó sẽ được dẫn đến máy phát điện.

    Các hệ thống năng lượng địa nhiệt thông thường “có lượng khí thải carbon rất nhỏ nhưng có thể đo lường được,” Hill nói với CNBC. Đó là lý do tại sao nhà máy Hellisheiði ON Power ở Iceland có một nhà máy thu giữ crarbon Carbfix gắn liền với nó. Một hệ thống năng lượng đá siêu nóng sẽ có một số lượng khí thải carbon liên quan đến việc xây dựng các nhà máy, nhưng “bởi vì chất lỏng hoạt động, nước, được bơm vào đá khô nên không có lượng khí thải carbon dioxide liên quan đến thủy nhiệt như vậy,” Hill nói.

    Để tiếp cận năng lượng địa nhiệt đá siêu nóng, cần phải khoan xuống đá có nhiệt độ 400 độ C hoặc 752 độ F.

    To access superhot rock geothermal energy requires drilling down to rock that is 400 degrees Celsius, or 752 degrees Fahrenheit.

    Hình ảnh của Lực lượng Đặc nhiệm Không quân Clear

    Iceland là quốc gia đi đầu trong việc điều tra năng lượng địa nhiệt đá siêu nóng với Dự án Khoan sâu Iceland. Một thử nghiệm ở đó cho thấy một giếng có thể tạo ra 36 megawatt năng lượng, gấp 5 đến 10 lần so với năng lượng 3-5 megawatt thông thường mà một giếng địa nhiệt thông thường có thể tạo ra.

    Iceland rất thích hợp để nghiên cứu năng lượng địa nhiệt vì nó nằm ở nơi các mảng vỏ châu Mỹ và Á-Âu đang tách ra khỏi nhau.

    “Chúng tôi được bổ sung nguồn cung cấp năng lượng magma liên tục để nuôi các hệ thống địa nhiệt của chúng tôi,” Guðmundur Ó. Friðleifsson, người từng là điều phối viên và điều tra viên chính trong nỗ lực IDDP trong hơn 20 năm, nói với CNBC. “Năng lượng magma cũng ở độ sâu tương đối nông và tương đối dễ dàng tiếp cận, và người Iceland về bản chất là những nhà thám hiểm gốc Celtic và Bắc Âu, những người thích đi thuyền đến hoặc đi đến những nơi không xác định,” Friðleifsson nói.

    Ngoài Iceland, Ý, Nhật Bản, New Zealand và Hoa Kỳ là những nước đi đầu trong lĩnh vực địa nhiệt đá siêu nóng, theo Friðleifsson. Các khu vực khác ở rìa các mảng kiến ​​tạo, bao gồm Trung Mỹ, Indonesia, Kenya và Philippines, cũng có một số bước phát triển.

    Để năng lượng địa nhiệt đá superhot được thương mại hóa và triển khai rộng rãi sẽ đòi hỏi công nghệ mới, bao gồm các phương pháp khoan cực sâu nhanh chóng, vật liệu và công cụ giếng chịu nhiệt, và cách phát triển các hồ chứa nhiệt sâu trong đá khô nóng.

    Những điều này không phải là không đáng kể, nhưng chúng là “những thách thức về kỹ thuật, không phải là những đột phá khoa học cần thiết”, báo cáo của CATF cho biết.

    Ví dụ, việc khoan vào đá kết tinh cứng mất nhiều thời gian với kỹ thuật khoan xoay hiện nay và các mũi khoan phải được thay thế thường xuyên. Một giải pháp tiềm năng là sử dụng năng lượng thay vì máy khoan cơ khí.

    Quaise Energy đang phát triển một cuộc diễn tập như vậy, dựa trên nghiên cứu của Paul Woskov tại MIT. Máy khoan Quaise đang được thử nghiệm tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge, theo CATF.

    “Giải pháp cho việc khoan là thay thế quá trình mài cơ học bằng một tương tác vật chất-năng lượng thuần túy. Woskov nói với CNBC với cường độ năng lượng đủ sẽ luôn làm đá tan chảy mà không cần đến các công cụ vật lý.

    “Việc khoan bằng năng lượng trực tiếp đã được xem xét kể từ khi laser được phát minh vào những năm 1960, nhưng cho đến nay vẫn không thành công vì các bước sóng hồng ngoại bị phân tán trong môi trường khoan, các nguồn laser có công suất trung bình quá thấp và các nguồn laser không hiệu quả. Hiện chúng tôi có các nguồn gyrotron từ những năm 1990 hoạt động ở bước sóng milimet mạnh hơn trong môi trường khoan, mạnh hơn và hiệu quả hơn. ”

    Sẽ cần sự đổi mới và đầu tư trong nhiều thập kỷ tới để có thể thương mại hóa hàng terawatt năng lượng địa nhiệt đá siêu nóng.

    It will take innovation and investment over coming decades to be able to commercialize terawatts of superhot rock geothermal energy.

    Hình ảnh của Lực lượng Đặc nhiệm Không quân Clear

    Đầu tư ‘rất nhỏ’ cho đến nay
    Cho đến nay, đầu tư tư nhân vào không gian superhot rock là “rất nhỏ”, theo Hill. CATF không có con số chính xác, nhưng họ ước tính con số này nhiều nhất lên tới hàng trăm triệu đô la và con số này bao gồm các khoản đầu tư của tập đoàn Newberry Geothermal Energy cho công việc đã thực hiện cách đây 10 hoặc 15 năm, Hill nói.

    Nhưng theo Carlos Araque, Giám đốc điều hành của Quaise, việc huy động tiền trong lĩnh vực này ngày càng dễ dàng hơn, theo Carlos Araque, Giám đốc điều hành của Quaise, cho đến nay, công ty đã huy động được 75 triệu đô la, bao gồm 70 triệu đô la vốn đầu tư mạo hiểm.

    “10 [triệu] đầu tiên mất nhiều thời gian hơn 65 cái còn lại vì nó được thực hiện trong giai đoạn 2018-20; Mọi thứ tăng tốc đáng kể trong giai đoạn 2021-22 có lẽ do nhiều nhà đầu tư nhận ra nhu cầu về công nghệ mới trong không gian này, ”Araque nói với CNBC. “Các nhà đầu tư ngày càng nhận thức được rằng chúng ta cần đầu tư ngay bây giờ vào các công nghệ có thể cho phép khử cacbon hoàn toàn vào năm 2050.”

    Nhà đầu tư Vinod Khosla, người ủng hộ đầu tiên của Quaise, gần đây đã nói chuyện với CNBC về niềm tin của ông trong việc ủng hộ các công nghệ có khả năng cách mạng để chống lại biến đổi khí hậu và lấy địa nhiệt đá siêu nóng làm ví dụ.

    “Một giếng đá siêu bắn, như 500 độ, sẽ tạo ra sức mạnh gấp 10 lần giếng 200 độ. Và đó là những gì chúng tôi cần, ”Khosla nói với CNBC. “Nếu chúng ta có thể khoan đủ sâu, chúng ta có thể đạt đến nhiệt độ đó - rất nhiều - toàn bộ miền Tây Hoa Kỳ có thể được cung cấp năng lượng chỉ với các giếng địa nhiệt, vì có địa nhiệt ở khắp mọi nơi nếu bạn đi sâu 15 km, 10 dặm ”.

    Báo cáo của CATF cho biết các công ty công nghệ lớn và túi tiền sâu liên quan của họ có thể có “vai trò quan trọng” trong việc tài trợ cho việc phát triển sớm và thương mại hóa năng lượng đá siêu nóng bằng cách mua các thỏa thuận mua bán điện hoặc đô la đầu tư để “mở rộng nhanh chóng các hoạt động sử dụng nhiều năng lượng như báo cáo cho biết.

    Thật vậy, Chủ tịch Microsoft Brad Smith đã phát biểu tại Seattle về tầm quan trọng của Microsoft trong việc mở rộng khả năng tiếp cận các nguồn năng lượng sạch để có thể tiếp tục mở rộng hoạt động kinh doanh của mình.

    Báo cáo của CATF cho biết các công ty dầu khí có thể sử dụng các nguồn lực của họ để thúc đẩy sự phát triển trong ngành công nghiệp đá siêu nóng. “Khoan sâu vào Trái đất để sản xuất năng lượng là chuyên môn cốt lõi của ngành dầu khí, đã cung cấp những đổi mới giúp chuyển đổi nhanh chóng các nguồn năng lượng hóa thạch đá phiến trước đây được coi là không thể”.

    Chính phủ cũng đang can thiệp. Bộ Năng lượng Hoa Kỳ cũng có sẵn khoản tài trợ lên tới 20 triệu đô la để phát triển việc khoan địa nhiệt tốt hơn và nhanh hơn. Ngoài ra, Luật Cơ sở hạ tầng lưỡng đảng của Tổng thống Biden phân bổ 84 triệu đô la cho Văn phòng Công nghệ Địa nhiệt của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ để xây dựng bốn địa điểm trình diễn thí điểm về cái mà họ gọi là các hệ thống địa nhiệt nâng cao, bao gồm cả địa nhiệt đá siêu lớn. Tương tự, Bộ Năng lượng gần đây đã công bố Bắn địa nhiệt nâng cao trong nỗ lực giảm 90% chi phí của các hệ thống địa nhiệt nâng cao, xuống còn 45 đô la mỗi megawatt giờ, vào năm 2035.

    Zalo
    Hotline