Исландия стоит на пороге добычи энергии из воды, горячей, как лава. Бурильная установка с говорящим именем «Тор» прошла на несколько километров вглубь земной коры и достигла магматической камеры. Там расплавленная земным ядром горная порода нагревает воду, проникающую сквозь морское дно. Температура воды достигает 1000 градусов по Цельсию. Вскоре эта вода будет выкачана на поверхность Земли, и ее жар преобразуется в электроэнергию. Это колоссальная инженерная задача, возможно, она ускорит наступление новой эры геотермальной энергетики — но уже существующие проекты дают энергию при температуре воды ниже 300 градусов. Зачем такие усилия и расходы?
Ответ прост: вода при экстремальных температурах находится в состоянии, называемом сверхкритическим. В этом состоянии она не ведет себя ни как истинная жидкость, ни как истинный газ и способна сохранять феноменальное количество энергии. Вода в сверхкритическом состоянии может производить в 10 раз больше энергии, чем традиционные геотермальные источники.
На территории Исландии находится более 130 вулканов, расположенных над границей расходящихся тектонических плит, и это дает постоянный источник горячей магмы, если мы проникнем всего на несколько километров вглубь Земли. Сейчас более четверти электричества в Исландии создается посредством геотермических процессов, использующих температуру воды всего в 2 км от поверхности Земли.
Исландский проект глубокого бурения (Iceland Deep Drilling Project, IDDP) был создан для того, чтобы исследовать, что же происходит на глубине 4 км ниже поверхности Земли. В 2009 году, во время первого этапа, бурильщики случайно наткнулись на магматическую камеру и через некоторое время смогли создать самый горячий поток, когда-либо существовавший в геотермальной разведке — 450 градусов Цельсия.
Цель второй скважины, которую бурят в настоящий момент, — достичь глубоких водных пластов, циркулирующих в горной породе вокруг магматической камеры недалеко от Рейкьявика.
Следуй за вулканами
Но хотя Исландия обладает самой высокой долей геотермального электричества в общем количестве энергии страны, она даже не входит в первую пятерку стран с наиболее высоким производством геотермальной энергии. Более того, первая пятерка вас удивит.
Абсолютный лидер по геотермальному производству электричества в мире — Соединенные Штаты Америки (3450 МВт в 2015 году), в основном это Калифорния. Для сравнения — обычная ядерная электростанция производит около 1000 МВт в год. Следом идут Филиппины и Индонезия (1870 и 1340 МВт соответственно), затем Мексика и Новая Зеландия (около 1000 МВт), а вот Исландия (665 МВт) занимает лишь седьмое место после Италии (916 МВт).
Вулканы — общий фактор, объединяющий геотермические ресурсы этих стран.
В поисках идеального геотермального источника
Чтобы добыча геотермальной энергии была успешной, нужны три условия: высокие температуры, свободный доступ к ним и свободная циркуляция воды вокруг. Эти три казалось бы простых условия сложно соблюсти единовременно.
Мы знаем, что естественные высокие температуры скрыты слишком глубоко в мантии Земли, чтобы мы могли до них добраться и это экономически оправдало себя. Температура земной коры повышается с каждым километром вглубь к центру планеты на 25 градусов. Чтобы геотермальная энергия была экономически выгодной, это значение должно было бы быть 50 или даже 150 градусов на километр. Это означает, что нам нужно найти геологически необычное место: либо земная кора должна быть тоньше обычного (то есть ближе к земной мантии), либо там должно быть много разломов или вулканов, которые будут сами направлять жар или магму к поверхности.
И даже если найти такие условия, это еще не все: необходима возможность свободной циркуляции воды. Ведь горы все разные, и если некоторые горные породы легко пропускают воду и позволяют ей циркулировать, то другие скорее являются препятствием. А если вода не сможет проникнуть в скважину, то она и не достигнет поверхности.
Если в области горячих температур нет естественного источника воды, то придется устраивать ее искусственное поступление. Но все равно если горная порода будет препятствовать свободной циркуляции и распылению воды, то вода просто охладит область скважины и сделает бессмысленным весь процесс.
Как и в случае с золотом, редкими микроэлементами или плодородной землей, геология делает возможным или невозможным доступ к этому ценному ресурсу. Но везде, где есть активная вулканическая деятельность, можно найти потенциальные выгоды использования высоких температур.
[Использованы материалы The Conversation]
