Všichni čekáme na fúzi, která je bohužel stále jen na obzoru. Jak se ale zdá, čekání motivuje k extravagantním, ale přesto velmi zajímavým projektům. Spin-off amerického institutu MIT jménem Quaise přichází s pozoruhodným nápadem, jak získat (téměř) neomezenou geotermální energii. Chtějí vrtat nejhlubší vrty v historii s využitím technologie, která je součástí fúzních projektů.
Vnitřek Země je horký. Vnitřní jádro planety tvoří rozžhavená slitina železa o teplotě téměř 5 500 °C. Je horké už od vzniku Země a jeho žár přiživuje rozpad radioaktivních prvků. Kde je dostupné horko, tam je možné těžit energii, v tomto případě geotermální. Potenciál je ohromný. Jak uvádí Paul Woskov z MIT, pokud bychom využili pouhých 0,1 procenta energie, co se skrývá pod povrchem Země, pokrylo by to současnou spotřebu celého světa na déle než 20 milionů let.
Energie z hlubin má řadu výhod. Na rozdíl od Slunce nebo třeba větru je k dispozici neustále. Problém je v dostupnosti geotermální energie. Bývá příliš hluboko. Prozatím ji využíváme tam, kde se dostává blízko k povrchu. Ale taková místa jsou vzácná. Proto dnes geotermální energie (bohužel) pokrývá jen asi 0,3 procenta globální spotřeby energie.
Pokud je energie v hlubinách, musíme se k ní provrtat. Doposud se nám to ale moc nedaří. Nejhlubším vrtem světa je Kola Superdeep Borehole ze sedmdesátých let, na poloostrově stejného jména, který se dostal do hloubky 12 289 metrů, než byl předčasně opuštěn, kvůli neočekávaně vysoké teplotě, poréznější hornině a nedostatku financí. Dnes jsou z něj opuštěné zrezivělé trosky, jak je v dané oblasti běžné. Podobný německý projekt KTB se v osmdesátých letech dostal do hloubky 9 101 metrů a zastavil se kvůli příliš vysoké teplotě a hornině, která nebyla tak pevná jak čekali.
Řešení nabízí vrtání s využitím směrované energie. Lasery ale nejsou pro tento účel vhodné, kvůli fyzice a technickým obtížím, včetně velké spotřeby energie. Není náhodou, že rekordní průnik laseru do horniny činí pouhých 30 centimetrů. Společnost Quaise sází na gyrotron, technologii odvozen z fúzního výzkumu.
Gyrotron je druh maseru, tedy zařízení pro zesilování elektromagnetických vln (v tomto případě milimetrových) pomocí stimulované emise záření. Jde o letitý vynález ze šedesátých let, který se od počátku sedmdesátých let používá pro zahřívání plazmatu pro fúzní reaktory. V dnešní době existují gyrotrony, které generují kontinuální megawattové paprsky. S tím už se vrtat dá. Odborníci odhadují, že by 1 MW gyrotron měl vyvrtat asi 70 metrů horniny za hodinu.
Quaise plánují vrtat do hloubky až 20 kilometrů, tedy mnohem hlouběji než Kola Superdeep Borehole. Navíc na poloostrově Kola jim to trvalo téměř 20 let. Quaise s 1 MW gyrotronem to chtějí stihnout za 100 dní. Doposud dali dohromady asi 63 milionů dolarů z různých zdrojů. Ve hloubce kolem 20 km by měla být teplota kolem 500 °C, což pohodlně překračuje hodnotu, kdy nastává velký skok v účinnosti geotermální energie směrem vzhůru. Jde o to, že při teplotě nad 374 °C a tlaku nad 22 MPa se voda mění na superkritickou. Geotermální elektrárna získá ze superkritické vody asi 10krát více energie a hustota geotermální energie se tím vyrovná hustotě energie ve fosilních palivech.
Quaise vyvíjejí prototypy zařízení schopné nasazení v terénu, které by měly být v provozu v roce 2024. Jen o 2 roky později by chtěli spustit první velký „super-hot enhanced geothermal system“ s výkonem 100 MW. Zásadní úsilí chtějí ale Quaise věnovat konverzi vysloužilých fosilních elektráren, například uhelných, na tyto geotermální systémy. První konvertovanou elektrárnu plánují spustit v roce 2028 a pak bude možné tento proces využít po celém světě, v němž je celkem asi 8 500 uhelných elektráren. Držme jim palce.
Video: Quaise | The Future of Clean Energy
Literatura
Geotermální elektrárna pumpuje CO2 pod zem a nechá ho zkamenět
Autor: Stanislav Mihulka (12.06.2016)
Na Islandu vrtají nejžhavější díru na světě
Autor: Stanislav Mihulka (03.11.2016)
Nová geotermální baterie přeměňuje teplo přímo na elektřinu
Autor: Stanislav Mihulka (25.07.2019)
Diskuze:
odpařovat horninu a vitrifikovat vložku
Martin Pravda,2022-02-26 12:27:17
Zajímavý článek. Zahraniční technické podrobnosti vrtání mluví dokonce o možnosti odpařovat horninu a vitrifikovat tak vložku.
https://newatlas.com/energy/quaise-deep-geothermal-millimeter-wave-drill/
Jak
Mojmir Kosco,2022-02-26 05:05:45
Široký vrt se dá udělat jehlou rychle bodající do roztavené horniny?
Martin Pecka,2022-02-26 02:03:48
Co se stane, kdyz se tomu maseru do cesty priplete metanova kapsa? 1 MW "vrtak" + metan nezni jako zrovna bezpecna vec...
Jistota
D. Hruška,2022-02-25 22:21:55
Jestli jim to zařízení bude fungovat, rozhodně s ním udělají pěknou díru do světa :-)
Předpokládám ale, že udělat díru bude jenom menší část problému. Dalšími problémy bude, aby se jim voda neztrácela, aby ji dokázali efektivně dostávat dolů i nahoru, aby tepelná výměna dole byla dostatečně účinná a hornina v okolí vrtu časem nevychladla. Také aby jim voda nevychladla při dlouhé cestě vzhůru kontaktem s chladnější horninou...
A ještě mě napadá - kolik procent energie superkritické vody o teplotě 500°C se ztratí, když vlastní tlakovou energií bude muset překonat převýšení 20km? (V podstatě jaký bude mít geotermický stupeň?)
Re: Jistota
Vojtěch Kocián,2022-02-25 23:56:36
Myslím, že zásadní problém bude udržet tu díru stabilní. Při takových tlacích a teplotách bude hornina do značné míry plastická nebo by se mohla bortit. Pokud se jim povede vrt něčím dostatečně pevným vyvložkovat, tak je napůl vyhráno. Chladnutí vrtu je jen problémem odebíraného výkonu. pokud se to přežene bude vrt chladnout, ale nějaký stálý výkon by mělo být možné odebírat dlouhodobě. Otázkou je, jak velký. Dobré je, že by s tím měly jít vykrývat denní špičky podobně jako vodními elektrárnami, protože časové konstanty chladnutí budou poměrně dlouhé.
Re: Re: Jistota
Florian Stanislav,2022-02-26 00:09:41
500 °C není teplota, kdy se horniny taví, není to ani na pálení cihel 900°C a výš.
Jak je psáno v článku, počítá se s vrty na mnoha místech bývalých uhelných elektráren. Čili menších vrtů hodně = ochlazení v hloubce 20 km malé. Prohřeje se i potrubí nahoru, což páru pak moc nezchladí.
Článek :"pokud bychom využili pouhých 0,1 procenta energie, co se skrývá pod povrchem Země, pokrylo by to současnou spotřebu celého světa na déle než 20 milionů let."
Takže tepelné ztráty z tak obrovské zásoby energie nejsou podstatné. Jinak řečeno 1/1000 povrchu odpovídá energii na 20 000 000 let, to odpovídá 1/100 000 000 povrchu na 200 let. Čili na 100 km2 jedna díra do země o ploše 1 m2 a energie na 200 let.
Určitě lepší jak likvidace lesů kvůli biomase a polí kvůli řepce.
Re: Re: Re: Jistota
D. Hruška,2022-02-26 00:48:52
Ztráty se ale nepočítají z veškerého tepla ukrytého pod zemí, nýbrž z jednoho konkrétního vrtu, do kterého jste musel investovat prostředky. Ideálně tak, aby náklady byly nižší než hodnota získané energie. V opačném případě by z toho byla jen další díra (zde doslova) na peníze z ekodotací.
Pro srovnání: V česku jsme zatím nezvládli postavit ani 26km dlouhý horkovod z Temelína do Českých Budějovic - ačkoliv to teplo je v Temelíně prakticky zdarma. To totiž není jediné kritérium ovlivňující rentabilitu/funkčnost takového projektu.
Re: Re: Re: Re: Jistota
Max Karas,2022-02-26 08:53:06
Tak Tepelný napáječ Mělník – Praha funguje už skoro 30 let. Voda tam má 160 stupňů a chlubí se tím, že při průchodu trasou ztratí jen 2 stupně. https://cs.wikipedia.org/wiki/Tepeln%C3%BD_nap%C3%A1je%C4%8D_M%C4%9Bln%C3%ADk_%E2%80%93_Praha
Re: Re: Re: Re: Re: Jistota
D. Hruška,2022-02-26 09:30:45
Ano, o tepelném napáječi Mělník-Praha vím. V těch Českých Budějovicích není problém v tom, že by 26km horkovod nemohl z technického hlediska fungovat. Problém je hlavně v tom, že to je rozsáhlá investice. Rozsáhnlou investicí je také například jaderná nebo přečerpávací elektrárna. Oboje to jsou funkční a rentabilní technologie a přesto se u nás žádné nestaví.
Mimochodem kdysi jsem četl, že pokud by bylo potřeba dopravovat teplo na vzdálenost větší než 30km, bylo by ekonomičtější převážet horkou vodu železničními cisternami než provozovat horkovod.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Jistota
Florian Stanislav,2022-02-26 12:59:47
Teplovod Temelín-Budějovice se určitě postavit dá, projekt JE s tím počítal, náklady kdysi byly odhadnuty na 4 miliardy Kč. Problém je, že teplovodní ( parovodní) rozvod v Č.B. není stavěn na tlaky a teploty, které 30 km dlouhý teplovod do Č.B. potřebuje. Rozkopat půlku města, které je už dnes špatně průjezdné, to hned tak nějaká radnice neudělá. Jiná otázka je, co s odpadním teplem v létě.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Jistota
Jan Novák9,2022-02-26 13:12:13
Že by je nenapadlo postavit na kraji města výměníkovou stanici kterou parovod stejně musí ukončit?
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Jistota
D. Hruška,2022-02-26 13:12:27
I v létě je potřeba teplo na ohřev TUV. A se zbytkem tepla si poradí chladící věže tak jako doposud.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Jistota
Pavel 1,2022-02-27 21:16:13
Taky že většina tohoto horkovodu už stojí. Vlastně měl být dokončen v roce 2020, jenže krachl hlavní dodavatel, prý kvůli covidu.
Re: Re: Re: Jistota
Vojtěch Kocián,2022-02-26 11:50:47
Plasticita není ani tak problém teploty jako spíš tlaku. I v mnohem mělčích dolech nebo v tunelech pod velkými horami je to velký problém. Chodby bez výztuh se i v žule pomalu uzavírají a je nutné je obnovovat. Tunely musejí mít masivní výztuhy, aby se to nedělo taky. Teplota, i když ani zdaleka nestačí na tavení, skále na tuhosti nepřidá.
Re: Jistota
Jiří Kocurek,2022-02-26 03:03:17
Především je potřeba si uvědomit že při teplotě nad 374 ˚C nic jako kapalná voda neexistuje. Ani při sebevětším technicky proveditelném tlaku. Je to pára, nahoru půjde vlastním tlakem (rozpínavostí) a překvapivě rychle, 300 m/s není nic nedosažitelného.
Re: Re: Jistota
D. Hruška,2022-02-26 08:45:45
Nikde také o kapalině nepíšu. Ta supekritická voda ale bude mít nezanedbatelnou hustotu, díky které bude směrem dolů rychle stoupat hydrostatický tlak a směrem nahoru zase klesat. Tlak klesne také, pokud se část tepelná energie přemění vlivem rozpínání na pohybovou energii směrem vzhůru.
Rozumím tomu tak, že při úvrati v hloubce 20km bude mít to superkritické médium nejvyšší energii díky maximálnímu tlaku i teplotě v tomto bodě. Při cestě vzhůru médium bude muset médium překonat převýšení 20km a přeměnit tak část svojí energie na energii polohovou - konkrétně 196kJ/kg (E=m*g*h).
No a moje otázka zněla, kolik procent původní energie té superkritické vody může být 196kJ/kg.
Re: Jistota
Josef Hrncirik,2022-02-26 20:27:13
Jistota je, že tlaková pára o vysoké hustotě (a jinou ani nemá smysl těžit) bude rozpouštět vyluhovatelný podíl i z vitrifikovaného vrtu a tím spíš i mineralizovanou párovodu ev. vstupující do vrtu. Tyto látky budou silně korodovat a zanášet plochy nutného mezivýměníku (viz. Karlovarské Zřídlo či Yellow Stone) a rozhodně se nesmí dostat do turbíny či na chladící trubky.
Vodu z primárního výměníku nejspíše budou muset čistit, i kdyby ji chtěli ukrýt jako collateral mrtvolu.
Usazeniny budou vznikat ve stupačce vrtu i při nepřijatelné rychlosti. Párovoda se bude ve vrtu ochlazovat i pouhou adiabatickou expanzí z nutného poklesu tlaku.
Je vůbec ve 20 km hloubce obecně horninové lože dostatečně porézní (propustné) aby jedním vrtem byla voda vháněna a druhým odcházela? Pokud 1 vrtem bude vstupovat studená i vystupovat teplá, tak při vydatné vzájemné výměně tepla nejspíš asi nelze očekávat nadkrititický stav, ale jen cca 250°C kapalný výstup.
100 MW tep. při 500°C vrtem vyžaduje průtok cca 50 kg vody/s
Re: Re: Jistota hubení přičumujících barabů 1 MW maserem
Josef Hrncirik,2022-02-26 21:37:21
místo obvyklým plazmovým hořákem (obr. ukr. z nedávného Oslího čl. 8.I.t.r.. Obé (tré i s Kola deep) však vychází z dat Sovětské technické encyklopedie. Vypálený vrt z 1 MW byrotronu má mít světlost 5 cm. Plazmový hořák měl spotřebu energie cca 20x menší (26 MJ/l díry).
Velmi se obávám, že vrt vyhřezne na světlo Boží v nečekaném místě rekordně mnohem dříve než po 20 km paličství, pokud se vlnovod včas nezadře či nezavitrážuje.
Zdař Buch.
(přes unoptánium se stejně nedostanou)
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
