Plany wierceń w magmie na Islandii: Nowa granica energii geotermalnej

Plany wierceń w magmie na Islandii: Nowa granica energii geotermalnej

Znajduję się w jednym z najaktywniejszych rejonów wulkanicznych na świecie, w północno-wschodniej Islandii, niedaleko wulkanu Krafla.

W niewielkiej odległości widzę krawędź jeziora w kraterze wulkanu, a na południu unoszą się opary z otworów wentylacyjnych i bulgoczących basenów błotnych.

Wulkan Krafla wybuchł około 30 razy w ciągu ostatniego tysiąca lat, ostatnio w połowie lat 80. XX wieku.

Bjorn Guðmundsson prowadzi mnie na trawiasty stok. Kieruje zespołem międzynarodowych naukowców, którzy planują wiercenia w magmie wulkanu Krafla.

„Stojąc tutaj, znajdujemy się na miejscu, w którym będziemy wiercić” – mówi.

Projekt Krafla Magma Testbed (KMT) ma na celu poszerzenie wiedzy na temat zachowania magmy, czyli stopionej skały, pod ziemią.

Ta wiedza może pomóc naukowcom przewidywać ryzyko wybuchów wulkanów i przenieść energię geotermalną na nowe poziomy, poprzez wykorzystanie niezwykle gorącego i potencjalnie nieograniczonego źródła energii wulkanicznej. Począwszy od 2027 roku, zespół KMT rozpocznie wiercenie pierwszego z dwóch otworów wiertniczych, aby stworzyć unikalne podziemne obserwatorium magmy, na głębokości około 2,1 km pod powierzchnią ziemi.

„To nasza misja księżycowa. To zmieni wiele rzeczy” – mówi Yan Lavallée, profesor petrologii magmowej i wulkanologii na Uniwersytecie Ludwika Maksymiliana w Monachium, który przewodniczy komitetowi naukowemu KMT.

Aktywność wulkaniczna jest zwykle monitorowana za pomocą narzędzi, takich jak sejsmometry. Jednak, jak wyjaśnia profesor Lavallée, w przeciwieństwie do lawy na powierzchni, niewiele wiemy o magmie pod ziemią.

„Chcielibyśmy uzbroić magmę w czujniki, aby naprawdę móc słuchać pulsu Ziemi” – dodaje.

Czujniki ciśnienia i temperatury zostaną umieszczone w stopionej skale. „To dwa kluczowe parametry, które musimy zbadać, aby móc przewidzieć, co się dzieje z magmą” – mówi.

Szacuje się, że na całym świecie około 800 milionów ludzi mieszka w odległości 100 km od aktywnych, niebezpiecznych wulkanów. Naukowcy mają nadzieję, że ich prace mogą pomóc w ratowaniu życia i ograniczaniu strat finansowych.

Islandia ma 33 aktywne systemy wulkaniczne i znajduje się na uskoku, gdzie płyty tektoniczne Eurazji i Ameryki Północnej się rozchodzą.

Ostatnio seria ośmiu wybuchów na półwyspie Reykjanes zniszczyła infrastrukturę i wywróciła życie do góry nogami w społeczności Grindavik.

Pan Guðmundsson wskazuje również na Eyjafjallajökull, który w 2010 roku spowodował chaos, kiedy chmura popiołu doprowadziła do odwołania ponad 100 000 lotów, co kosztowało 3 miliardy funtów (3,95 miliarda dolarów).

„Gdybyśmy lepiej potrafili przewidzieć ten wybuch, moglibyśmy zaoszczędzić wiele pieniędzy” – mówi. Drugi otwór KMT będzie rozwijać platformę testową dla nowej generacji elektrowni geotermalnych, które wykorzystują ekstremalnie wysokie temperatury magmy.

„Magma ma ogromne zasoby energii. To źródło ciepła, które zasila systemy hydrotermalne prowadzące do energii geotermalnej. Dlaczego nie sięgnąć po źródło?” – pyta profesor Lavallée.

Około 25% energii elektrycznej Islandii i 85% ogrzewania domów pochodzi ze źródeł geotermalnych, które wykorzystują gorące płyny głęboko pod ziemią, wytwarzając parę do napędzania turbin i produkcji energii elektrycznej.

W dolinie poniżej elektrownia Krafla dostarcza ciepłą wodę i prąd do około 30 000 domów.

„Plan zakłada wiercenie tuż obok magmy, być może lekko ją naruszymy” – mówi Bjarni Pálsson z lekkim uśmiechem.

„Zasoby geotermalne znajdują się tuż nad ciałem magmy, a my uważamy, że jej temperatura wynosi około 500-600°C” – mówi Pálsson, dyrektor ds. rozwoju geotermalnego w krajowym dostawcy energii Landsvirkjun.

Magma jest bardzo trudna do zlokalizowania pod ziemią, ale w 2009 roku islandzcy inżynierowie dokonali przypadkowego odkrycia.

Planując wykonanie otworu wiertniczego o głębokości 4,5 km, aby wydobyć ekstremalnie gorące płyny, wiertło nagle zatrzymało się, natrafiając na magmę na zaskakująco małej głębokości.

„Absolutnie nie spodziewaliśmy się natrafić na magmę na głębokości zaledwie 2,1 km” – mówi Pálsson.

Zdarzenia takie są rzadkie i miały miejsce jedynie na Islandii, w Kenii i na Hawajach.

Przegrzana para o rekordowej temperaturze 452°C wydostała się na powierzchnię, podczas gdy komora magmy miała temperaturę około 900°C.

Dramatyczne nagranie pokazuje kłęby dymu i pary. Ogromne ciepło i korozja ostatecznie zniszczyły szyb.

„Ten szyb produkował około 10 razy więcej energii niż przeciętny szyb w tej lokalizacji” – mówi Pálsson.

Zaznacza, że dwa takie szyby mogłyby dostarczać tyle energii, co 22 inne istniejące szyby elektrowni. „To oczywisty przełom.”

Na całym świecie istnieje ponad 600 elektrowni geotermalnych, a setki kolejnych są planowane, ze względu na rosnące zapotrzebowanie na całodobową, niskoemisyjną energię. Szyby te zazwyczaj mają około 2,5 km głębokości i radzą sobie z temperaturami poniżej 350°C.

Prywatne firmy i zespoły badawcze w kilku krajach również dążą do bardziej zaawansowanej i głębszej geotermii, zwanej „supergorącą skałą”, gdzie temperatury przekraczają 400°C na głębokościach od 5 do 15 km.

Dotarcie do głębszych i dużo gorętszych rezerw ciepła to „Święty Graal”, mówi Rosalind Archer, dziekan Uniwersytetu Griffith i była dyrektorka Instytutu Geotermalnego w Nowej Zelandii.

Wyjaśnia, że wyższa gęstość energii jest obiecująca, ponieważ każdy otwór może generować pięć do dziesięciu razy więcej energii niż standardowe szyby geotermalne.

„Nowa Zelandia, Japonia i Meksyk również badają tę technologię, ale projekt KMT jest najbliższy rozpoczęcia wierceń” – mówi. „Nie jest to łatwe i niekoniecznie tanie przedsięwzięcie na start.”

Wiercenie w tak ekstremalnym środowisku będzie technicznie wymagające i wymaga specjalnych materiałów.

Profesor Lavallée jest pewien, że to możliwe. Ekstremalne temperatury występują również w silnikach odrzutowych, metalurgii i przemyśle jądrowym, mówi.

„Musimy badać nowe materiały i bardziej odporne na korozję stopy” – mówi Sigrun Nanna Karlsdottir, profesor inżynierii przemysłowej i mechanicznej na Uniwersytecie Islandzkim.

W laboratorium jej zespół bada materiały, które mogą wytrzymać ekstremalne ciepło, ciśnienie i korodujące gazy. Szyby geotermalne są zazwyczaj budowane ze stali węglowej, wyjaśnia, ale ta szybko traci wytrzymałość przy temperaturach powyżej 200°C.

„Skupiamy się na stopach niklu wysokiej klasy oraz stopach tytanu” – mówi.

Wiercenie w magmie wulkanicznej wydaje się ryzykowne, ale pan Guðmundsson sądzi inaczej.

„Nie wierzymy, że wbicie igły w ogromną komorę magmy spowoduje eksplozję” – stwierdza.

„Zdarzyło się to w 2009 roku i okazało się, że prawdopodobnie zrobiono to wcześniej, nawet o tym nie wiedząc. Wierzymy, że to bezpieczne.”

Inne ryzyka, takie jak toksyczne gazy i wywołanie trzęsień ziemi, również muszą być brane pod uwagę przy wierceniach, mówi profesor Archer. „Ale środowisko geologiczne Islandii sprawia, że jest to mało prawdopodobne.”

Prace potrwają lata, ale mogą przynieść zaawansowane prognozy i wzmocnione źródła energii wulkanicznej. „Myślę, że cały świat geotermii obserwuje projekt KMT” – mówi profesor Archer. „To potencjalnie bardzo przełomowy projekt.”