Dữ liệu mới được xác nhận cho thấy rằng đá siêu nóng, siêu sâu nằm sâu hàng dặm dưới bề mặt có thể hình thành các vết nứt thấm, giúp tăng cường triển vọng năng lượng địa nhiệt.
Trong điều kiện siêu tới hạn, loại đá này có độ thấm tăng gấp mười lần so với đá bề mặt, cho thấy đây là giải pháp năng lượng có tiềm năng kinh tế và bền vững.
Tiềm năng cho năng lượng địa nhiệt siêu nóng
Dữ liệu phòng thí nghiệm mới xác nhận tiềm năng của "chén thánh" năng lượng địa nhiệt: khai thác đá siêu nóng, siêu sâu hàng dặm bên dưới bề mặt Trái đất, có thể tạo ra nguồn năng lượng sạch, tái tạo có khả năng thay thế một phần đáng kể nhiên liệu hóa thạch thúc đẩy sự nóng lên toàn cầu. Những phát hiện, được công bố trên Nature Communications , là một trong những phát hiện đầu tiên chứng minh rằng loại đá như vậy có thể hình thành các vết nứt kết nối và tăng độ thấm. Cho đến nay, các nhà địa chất vẫn chưa chắc chắn liệu điều này có khả thi hay không.
Những vết nứt này rất quan trọng vì nước đi qua chúng có thể trở thành siêu tới hạn, một pha giống như hơi nước mà hầu hết mọi người đều không quen thuộc. (Các pha phổ biến bao gồm nước lỏng, băng và hơi nước, giống như loại tạo thành mây.) Ngược lại, nước siêu tới hạn "có thể xuyên qua các vết nứt nhanh hơn và dễ dàng hơn và có thể mang nhiều năng lượng hơn cho mỗi giếng lên bề mặt - gấp khoảng năm đến mười lần năng lượng do các giếng địa nhiệt thương mại hiện nay tạo ra", theo báo cáo năm 2021 "Địa nhiệt đá siêu nóng, Tầm nhìn về năng lượng không carbon 'Ở mọi nơi'" của Lực lượng đặc nhiệm Không khí sạch.
Dữ liệu cũng cho thấy đá nứt vỡ ở điều kiện siêu nóng có thể thấm hơn mười lần so với đá nứt vỡ ở điều kiện gần bề mặt Trái đất hơn và cũng có thể biến dạng dễ dàng hơn. Những yếu tố đó có thể khiến nguồn tài nguyên địa nhiệt này "kinh tế hơn nhiều", Geoffrey Garrison, Phó chủ tịch điều hành của Quaise Energy, một trong những nhà tài trợ cho công trình này, cho biết. Quaise đang nghiên cứu một kỹ thuật khoan mới để tiếp cận đá siêu sâu, siêu nóng.
Một cuộc tranh luận về địa chất
Cho đến nay, các nhà địa chất vẫn chia rẽ về việc liệu có thể khai thác được nguồn tài nguyên siêu sâu, siêu nóng này hay không. Đá dưới áp suất và nhiệt độ cao như vậy—hơn 375 o C, hoặc 707 o F—là loại đá dẻo, hoặc dính, trái ngược với đá dễ vỡ từ sân sau nhà bạn. Do đó, một số người cho rằng không thể tạo ra các vết nứt. Và nếu có thể, liệu chúng có tiếp tục mở không?
Công trình hiện tại, do một nhóm tại Ecole Polytechnique Fédéral de Lausanne (EPFL) dẫn đầu, xác nhận rằng các vết nứt thực sự có thể hình thành trong đá siêu nóng, siêu sâu nằm gần vùng chuyển tiếp giòn sang dẻo trong lớp vỏ. Vùng sau là nơi đá cứng, giòn bắt đầu chuyển đổi thành vật liệu dẻo hoặc mềm dẻo hơn.
“Ngoài ra còn có rất nhiều dữ liệu khác từ công trình này sẽ cung cấp thông tin cho cách tiếp cận của chúng tôi để khai thác tài nguyên”, Garrison nói. Ví dụ, “đá mạnh đến mức nào? Các vết nứt kéo dài đến đâu? Chúng ta có thể tạo ra bao nhiêu vết nứt?”
“Tất cả những điều này sẽ giúp chúng tôi giảm thiểu rủi ro liên quan đến việc khoan, vốn rất tốn kém. Bạn không có nhiều cơ hội. Bạn không thể khoan một lỗ rồi, giống như treo một bức tranh, di chuyển nó nếu bạn bỏ lỡ vị trí tốt nhất.”
“Phát hiện thú vị”
Peter Massie là giám đốc Văn phòng Năng lượng Địa nhiệt tại Viện Cascade, nơi gần đây đã công bố báo cáo với Lực lượng Đặc nhiệm Không khí Sạch về việc khoan năng lượng địa nhiệt siêu nóng. Massie, người không tham gia vào công việc của Nature Communications , đã đưa ra bình luận sau về nó trên X :
“Phát hiện thú vị: nhiệt độ và áp suất cực cao có thể giúp tạo ra các hệ thống địa nhiệt được tăng cường tốt hơn [EGS]. Ở nhiệt độ rất cao, đá trở nên dẻo (dẻo), điều này được kỳ vọng sẽ cản trở EGS. Điều này hỗ trợ [cho] triển vọng về địa nhiệt siêu sâu, 'siêu tới hạn' với sự gia tăng lớn về sản lượng.”
Nghiên cứu được dẫn dắt bởi Phó Giáo sư Marie Violay, Trưởng phòng Thí nghiệm Cơ học Đá Thực nghiệm tại EPFL. Violay cho biết:
“Nghiên cứu này rất thú vị vì nó trình bày các phép đo độ thấm đầu tiên được tiến hành trong quá trình biến dạng ở điều kiện áp suất và nhiệt độ đặc trưng của các bể chứa địa nhiệt siêu tới hạn sâu gần vùng chuyển tiếp từ giòn sang dẻo trong lớp vỏ.
“Chúng tôi đã chứng minh rằng quá trình chuyển đổi giòn sang dẻo không phải là điểm dừng cho quá trình lưu thông chất lỏng trong lớp vỏ, điều này hứa hẹn cho việc khai thác các bể chứa địa nhiệt sâu. Có rất ít dữ liệu tại chỗ và đây là một trong những kết quả thử nghiệm đầu tiên làm sáng tỏ những điều kiện khắc nghiệt như vậy.”
Các đồng tác giả của bài báo trên Nature Communications với Violay là tác giả đầu tiên Gabriel G. Meyer và Ghassan Shahin, cả hai đều thuộc EPFL, và Benoit Cordonnier thuộc Cơ sở bức xạ synchrotron châu Âu.
Có chuyện gì thế?
Độ đặc của đá siêu nóng, siêu sâu tương tự như Silly Putty. “Nếu bạn kéo chậm, nó sẽ giãn ra và trở nên đàn hồi. Nhưng nếu bạn kéo một khối Silly Putty thật nhanh, nó sẽ gãy. Và đó là hành vi giòn”, Garrison nói.
Nói cách khác, ông tiếp tục, “nếu bạn tác động lực lên đá đủ chậm trong những điều kiện khắc nghiệt này, nó có thể giãn ra và không bị gãy. Công trình này cho thấy đá sẽ vỡ vụn trong những điều kiện này, nhưng cần phải tác động lực nhanh để làm như vậy”.
Nghiên cứu xác nhận công trình lý thuyết được báo cáo vào đầu năm nay trên Geothermal Energy cho thấy các vết nứt hình thành tạo ra một "đám mây thấm" dày đặc trên khắp khối đá bị ảnh hưởng. Điều này trái ngược với các vết nứt vĩ mô lớn hơn nhiều và ít hơn do các hệ thống địa nhiệt kỹ thuật (EGS) đang sử dụng hiện nay, hoạt động gần bề mặt hơn và ở nhiệt độ thấp hơn nhiều.
Kết quả là, các mô phỏng liên quan đến công trình Năng lượng địa nhiệt dự đoán rằng một hệ thống siêu nóng có thể cung cấp lượng điện lớn hơn từ năm đến mười lần so với lượng điện thông thường được sản xuất từ EGS hiện nay và có thể duy trì như vậy trong vòng hai thập kỷ.
Máy thí nghiệm độc đáo
Garrison lưu ý rằng có rất ít cơ sở trên thế giới có khả năng thực hiện các phép đo như EPFL.
Violay cho biết, “Phần tốt nhất [của nghiên cứu này] là sự phát triển của một máy thử nghiệm độc đáo có khả năng tái tạo áp suất, nhiệt độ và điều kiện biến dạng của các bể chứa siêu tới hạn sâu gần quá trình chuyển đổi giòn sang dẻo. Ngoài ra, chúng tôi có thể kết hợp các kết quả thử nghiệm này với hình ảnh X-quang tại chỗ thu được từ ESRF (Cơ sở bức xạ Synchrotron châu Âu), cung cấp góc nhìn toàn diện về các quy trình liên quan.”
Tài liệu tham khảo: “Phân vùng độ thấm qua quá trình chuyển đổi giòn sang dẻo và ý nghĩa của nó đối với các bể chứa địa nhiệt siêu tới hạn” của Gabriel G. Meyer, Ghassan Shahin, Benoît Cordonnier và Marie Violay, ngày 5 tháng 9 năm 2024, Nature Communications .
DOI: 10.1038/s41467-024-52092-0
Ngoài Quaise Energy, công trình này còn được tài trợ bởi Hội đồng nghiên cứu châu Âu, Quỹ khoa học quốc gia Thụy Sĩ, chương trình nghiên cứu và đổi mới Horizon 2020 của Liên minh châu Âu, Văn phòng năng lượng liên bang Thụy Sĩ và Alta Rock Energy.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
