Použití CO2 k těžbě geotermální energie

Oxid uhličitý generovaný elektrárnami může najít druhý život jako pracovní tekutina, která pomůže obnovit geotermální teplo z kilometrů pod zemí. Takový systém by nejen zachycoval oxid uhličitý a držel ho mimo atmosféru, byl by to také nákladově efektivní způsob využití skleníkových plynů k výrobě nové energie.

Horký vzduch: Geotermální elektrárna Soultz-sous-Fôrets v Alsasku ve Francii čerpá vodu do rozbité horniny, aby extrahovala teplo, a tak vyráběla elektřinu. Výzkumníci podporovaní federálními stimulačními fondy ve výši 16 milionů dolarů se snaží dokázat, že takové geotermální elektrárny by mohly generovat o 50 procent více tepla tím, že budou místo toho cirkulovat oxid uhličitý pod zemí.

Zastánci tohoto dosud neprokázaného konceptu si zajistili velkou podporu a tolik potřebnou hotovost s nedávným udělením federálního stimulačního fondu pro výzkum geotermální energie od amerického ministerstva energetiky ve výši 338 milionů dolarů. Přibližně 16 milionů dolarů z prostředků bude rozděleno mezi devět projektů souvisejících s oxidem uhličitým, které vede Národní laboratoř Lawrence Berkeley a další národní laboratoře, Sunnyvale, firma kombinatorické chemie se sídlem v CA Technologie Symyx a několik amerických univerzit.

Myšlenka: Oxid uhličitý, který prochází horkými oblastmi kilometry pod zemí, může účinně přivést teplo na povrch, kde jej lze použít k výrobě elektřiny. Podle vedoucího projektu Symyx a materiálového vědce Miroslava Petro je pravděpodobné, že by tento proces zanechal pod zemí, a tedy mimo atmosféru, spoustu oxidu uhličitého. Sekvestrujete CO₂ a zároveň z něj vyrábíte energii.

Tento koncept byl nejprve navržen jako způsob, jak zlepšit systémy, které pumpují vodu hluboko pod zem, aby rozbíjely horké kameny, pak přivádějí ohřátou vodu nahoru přes druhou studnu, aby generovaly energii, a pak vodu cyklují zpět dolů. Tato technologie byla dodnes zmařena, protože je tak obtížné rozbít horninu, aby se dostalo ke geotermálnímu teplu a udrželo jeho tok. Projekt Evropské unie Soultz-sous-Fôrets v Alsasku ve Francii, nejpokročilejší takový projekt na světě, trvalo 20 let, než dosáhl pouhých 1,5 megawattu energie (dostatek k zásobování zhruba 1500 domácností). A tento proces si znepřátelil okolní komunity kvůli malým zemětřesením vyvolaným požadovaným agresivním štěpením.

V roce 2000 fyzik Donald Brown z Los Alamos National Laboratory navrhl nahrazení vody superkritickým oxidem uhličitým, tlakovou formou, která je zčásti plynem a zčásti kapalinou. Superkritický CO2 je méně viskózní než voda, a proto by měl horninou proudit volněji. Brown poznamenal, že sifonový efekt by měl pomoci cyklovat oxid uhličitý díky rozdílu v hustotě mezi nadkritickým CO2 pumpovaným dolů a přicházejícím teplejším plynem, což snižuje energetické ztráty z čerpané kapaliny. Navíc Brown tvrdil, že namísto využívání vzácných zdrojů sladké vody by projekt založený na oxidu uhličitém mohl sekvestrovat ekvivalent 70 let emisí CO2 z 500 megawattové uhelné elektrárny.

O šest let později provedl hydrogeolog Lawrence Berkeley Karsten Pruess první detailní modelování technologie. Pruess předpokládal, že projekt jako Soultz-sous-Fôrets by mohl produkovat přibližně o 50 procent více tepla s oxidem uhličitým než s vodou. Většina projektů financovaných DOE se snaží otestovat Pruessův optimismus.

Nejdůležitější otázkou podle Petra je, jak bude nadkritický oxid uhličitý interagovat s horninou a minerály. Superkritický CO2 má také obzvláště složitý vztah s vodou. Neočekává se, že by superkritický CO2 sám o sobě rozpouštěl minerály z hornin – což je hlavní problém, se kterým se setkáváme u přístupu založeného na vodě. Ale, říká Petro, přidání zlomku vody k superkritickému CO2 by mohlo vytvořit superrozpustnou kyselou sodovou vodu.

Nejméně jeden developer mezitím shání finance na terénní ukázku geotermální energie na bázi oxidu uhličitého. V září geotermální developer se sídlem v Salt Lake City GreenFire Energy oznámila společný podnik s malým ropným vývojářem, Vylepšené zdroje ropy , postavit dvoumegawattovou demonstrační elektrárnu na bázi CO2 poblíž hranic mezi Arizonou a Novým Mexikem. Společnosti navrhují zahájit vrtání vrtů v roce 2010 pro přístup k horké hornině pod přírodní podzemní nádrží oxidu uhličitého. Předpokládají, že místo by mohlo poskytnout dostatek tepla k výrobě až 800 megawattů energie a v tomto procesu by mohlo absorbovat velkou část oxidu uhličitého generovaného šesti velkými uhelnými elektrárnami v regionu.

Namísto přidávání CO2 do plánů geotermální energie, výzkumná skupina geofluidů na University of Minnesota , jeden z oceněných DOE, navrhuje přidat těžbu geotermální energie ke stávajícím plánům na zachycování a ukládání uhlíku. Martin Saar, geofyzik z University of Minnesota, který vede skupinu geofluids, říká, že toto schéma přinese další hodnotu z operací, které již pumpují superkritický CO2 do hlubokých slaných akviferů pro skladování nebo do ropných a plynových formací pro urychlení produkce. Oxid uhličitý bude odebírat teplo z okolních hornin, říká Saar, tak proč jeho část necirkulovat k výrobě energie? Tím odpadá nutnost lámání hornin. A využívá stávající zařízení a vrtané studny, čímž snižuje náklady na geotermální elektrárnu.

Saar zkoumá, jak superkritický CO2 interaguje s horninou, minerály a vodou. Pochopení posledně jmenovaného je pro minnesotské schéma zásadní, protože oxid uhličitý vstřikovaný do solné zvodně se mísí s vodou. Saar však říká, že to může být menší problém, než se zdá, protože velké objemy CO2 vstřikované do solné vodonosné vrstvy by se měly oddělit a vytvořit samostatnou vrstvu: Superkritický CO2 je ve skutečnosti méně hustý než solanka, takže ve zvodněných vrstvách bude stoupat. a kaluž pod čepicí skály.

Pokud laboratorní práce potvrdí toto a další předpovědi, Saar říká, že by mohli testovat geotermální CO2 v terénu již za tři roky.

skrýt