Невероятные по своим объемам запасы геотермальной энергии, скрытые под поверхностью Земли, заставляет ученых пускать слюни, потому что она может обеспечить чистой энергией весь мир. Чтобы задействовать эту природную силу, инженеры должны разработать новую стратегию бурения на полтора десятка километров вглубь Земли, глубоко в горную породу. Дочерняя компания Массачусетского технологического института считает, что у них есть такой инструмент: бурение миллиметровыми волнами.
Используя исследования Пола Воскова из Центра плазменной науки и термоядерного синтеза Массачусетского технологического института, Quaise Energy считает, что может испарить достаточно горных пород, чтобы создать самые глубокие в мире шахты, и собирать геотермальную энергию в масштабе, чтобы удовлетворить потребление энергии человечеством без необходимости в ископаемом топливе.
Геотермальная энергия — это тепло, содержащееся глубоко в недрах Земли. Весь этот невероятный жар является результатом медленного распада радиоактивных частиц, таких как уран, торий и калий, в ядре Земли. Температуры в этом месте аналогичны поверхности солнца, нагретая до 6000 градусов по Цельсию.
Чтобы использовать эту геотермальную энергию, такие страны, как Исландия, преобразуют ее в электричество с помощью пара. По мере того, как вода нагревается в геотермальных резервуарах или водоносных горизонтах в земных течениях, создается пар, который затем вращает турбины, которые активируют генератор, в конечном итоге вырабатывая электричество. Когда пар снова становится водой, он возвращается в землю, чтобы снова пройти цикл.
Хотя это почти безграничная форма устойчивого производства энергии, в настоящее время она используется недостаточно. По данным Международного энергетического агентства, производство геотермальной электроэнергии выросло всего примерно на 2 процента в 2020 году с добавлением мощности на 200 мегаватт, что заметно ниже роста, наблюдавшегося в предыдущие пять лет. По данным Союза обеспокоенных ученых, типичная угольная электростанция имеет мощность около 600 МВт.
Чтобы достичь нулевых выбросов к 2030 году, глобальное производство геотермальной энергии должно увеличиваться на 13 процентов каждый год в период с 2021 по 2030 год, или около 3,6 гигаватт мощности. Чтобы это произошло, нам нужен лучший доступ к этой сверхгорячей воде из ядра Земли. Вот где на помощь приходит бурение миллиметровыми волнами.
В настоящее время самой глубокой в мире пробуренной скважиной является Кольская сверхглубокая скважина в России недалеко от Норвегии. Проект Советского Союза — это была попытка как можно глубже пробурить земную кору, толщина которой в среднем составляет около 30 километров под континентами. Но эта скважина достигает в глубину всего 12 262 метров, и на ее бурение ушло 20 лет, потому что обычное оборудование, такое как механические буры, не может справиться с условиями на таких глубинах.
Решением может стать технология Quaise, предназначенная для взрыва породы миллиметровыми волнами. Заменив обычные буровые долота на энергию миллиметровых волн, приводимую в действие гиротронной машиной, можно расплавить, а затем испарить породу, чтобы создать множество таких глубоких отверстий. Массачусетскому технологическому институту потребовалось более 15 лет, чтобы разработать общую технику в лаборатории, в конечном итоге продемонстрировав, что миллиметровые волны могут просверливать отверстия в базальте. Quaise заявляет, что их технология позволит ему проникнуть в землю на глубину 20 километров, где температура достигает более 480 градусов по Цельсию.
План состоит в том, чтобы внедрить гибридную конструкцию, сначала используя обычную технологию вращательного бурения, разработанную нефтегазовой промышленностью, чтобы прорезать поверхностные слои Земли. Затем, как только бригады достигают породы фундамента, они переключаются на мощные миллиметровые волны, которые идеальны для твердых, горячих, кристаллических пород глубоко под землей, с которыми обычное бурение испытывает трудности.
Quaise заявляет, что к 2024 году у нее будет первая полномасштабная гибридная буровая установка, которая будет работать. К 2026 году компания заявляет, что ее первая геотермальная система мощностью 100 мегаватт тепловой энергии будет работать из нескольких скважин. К 2028 году компания планирует начать замену электростанций, работающих на ископаемом топливе, геотермальными электростанциями.
Но праздновать еще рано. Quaise говорит, что им необходимо лучше понять свойства пород на большой глубине и улучшить цепочку поставок для гиротронов, вакуумных трубок с линейным лучом, которые производят миллиметровые волны. В настоящее время рассматриваемое оборудование оптимизировано для специализированных одноразовых исследовательских проектов в области термоядерного синтеза, но технология должна производиться в больших количествах и иметь надежную конструкцию, подходящую для полевых условий.
