بهره برداری از منبع انرژی میلیون ساله زیر پای ما | اخبار MIT

یک نیروگاه زغال سنگ متروکه در شمال ایالت نیویورک وجود دارد که بیشتر مردم آن را یک اثر بیهوده می دانند. اما پل ووسکوف از MIT چیزها را متفاوت می بیند.

ووسکوف، یک مهندس محقق در مرکز علوم پلاسما و فیوژن MIT، خاطرنشان می‌کند که توربین نیروگاه هنوز دست نخورده است و خطوط انتقال هنوز به سمت شبکه حرکت می‌کنند. با استفاده از رویکردی که او در 14 سال گذشته روی آن کار کرده است، امیدوار است که در یک دهه آینده، کاملاً بدون کربن آنلاین شود.

در واقع، Quaise Energy، شرکت تجاری‌سازی کار Woskov، معتقد است اگر بتواند یک نیروگاه را بازسازی کند، همان فرآیند تقریباً روی تمام نیروگاه‌های زغال سنگ و گاز در جهان کار خواهد کرد.

Quaise امیدوار است با استفاده از منبع انرژی زیر پای ما به آن اهداف عالی دست یابد. این شرکت قصد دارد به اندازه کافی سنگ را تبخیر کند تا عمیق‌ترین حفره‌های جهان را ایجاد کند و انرژی زمین گرمایی را در مقیاسی جمع‌آوری کند که بتواند مصرف انرژی انسان را برای میلیون‌ها سال برآورده کند. آنها هنوز تمام چالش های مهندسی مرتبط را حل نکرده اند، اما بنیانگذاران Quaise یک جدول زمانی بلندپروازانه برای شروع برداشت انرژی از یک چاه آزمایشی تا سال 2026 تعیین کرده اند.

اگر این طرح مبتنی بر فناوری جدید و اثبات نشده باشد، رد کردن آن به عنوان غیرواقعی آسان تر خواهد بود. اما سیستم‌های حفاری Quaise حول یک دستگاه ساطع کننده امواج مایکروویو به نام ژیروترون است که برای دهه‌ها در تحقیقات و تولید استفاده می‌شود.

ووسکوف، که به طور رسمی با Quaise وابسته نیست، اما به عنوان مشاور خدمت می کند، توضیح می دهد: “این به سرعت اتفاق می افتد زمانی که ما مشکلات مهندسی فوری انتقال یک پرتو تمیز و کارکرد آن با چگالی انرژی بالا بدون خرابی را حل کنیم.” “به سرعت پیش خواهد رفت، زیرا فناوری اساسی، ژیروترون ها، به صورت تجاری در دسترس هستند. شما می توانید به یک شرکت سفارش دهید و یک سیستم را در حال حاضر تحویل دهید – این منابع پرتو هرگز به صورت 24/7 استفاده نشده اند، اما آنها طوری طراحی شده اند که برای مدت زمان طولانی عملیاتی شوند. در پنج یا شش سال، فکر می کنم اگر این مشکلات مهندسی را حل کنیم، یک کارخانه راه اندازی خواهیم کرد. من بسیار خوشبین هستم.»

ووسکوف و بسیاری از محققان دیگر از ژیروترون ها برای گرم کردن مواد در آزمایش های همجوشی هسته ای برای دهه ها استفاده کرده اند. با این حال، تا سال 2008، پس از انتشار ابتکار انرژی MIT (MITEI) یک درخواست برای پیشنهادات در مورد فن آوری های جدید حفاری زمین گرمایی، که ووسکوف به فکر استفاده از ژیروترون برای یک کاربرد جدید بود.

“[Gyrotrons] ووسکوف می‌گوید که به خوبی در جامعه علمی عمومی منتشر نشده‌اند، اما کسانی از ما که در تحقیقات همجوشی انجام می‌دهند متوجه شدند که آنها منابع پرتوهای بسیار قدرتمندی هستند – مانند لیزرها، اما در محدوده فرکانسی متفاوت. فکر کردم چرا این پرتوهای پرقدرت را به جای پلاسمای همجوشی، به سمت سنگ هدایت نکنیم و سوراخ را تبخیر نکنیم؟

از آنجایی که در دهه‌های اخیر انرژی از دیگر منابع انرژی تجدیدپذیر منفجر شده است، انرژی زمین‌گرمایی افزایش یافته است، عمدتاً به این دلیل که نیروگاه‌های زمین گرمایی تنها در مکان‌هایی وجود دارند که شرایط طبیعی امکان استخراج انرژی را در اعماق نسبتا کم عمق تا 400 فوت زیر سطح زمین فراهم می‌کند. در یک نقطه خاص، حفاری معمولی غیرعملی می شود زیرا پوسته عمیق تر هم داغ تر و هم سخت تر است که مته های مکانیکی را از بین می برد.

ایده ووسکوف برای استفاده از پرتوهای ژیروترون برای تبخیر سنگ او را به یک سفر تحقیقاتی فرستاد که واقعاً هرگز متوقف نشده است. با مقداری بودجه از MITEI، او شروع به اجرای آزمایش کرد و به سرعت دفتر خود را با صخره های کوچکی که با امواج میلی متری از یک ژیروترون کوچک در مرکز علوم پلاسما و فیوژن MIT منفجر کرده بود، پر کرد.

در حوالی سال 2018، سنگ‌های ووسکوف مورد توجه کارلوس آراکه ’01، SM’02 قرار گرفت، که دوران حرفه‌ای خود را در صنعت نفت و گاز گذرانده بود و در آن زمان مدیر فنی صندوق سرمایه‌گذاری The Engine MIT بود.

در آن سال، Araque و Matt Houde که با شرکت زمین گرمایی AltaRock Energy کار می‌کردند، Quaise را تأسیس کردند. کویز به زودی از سوی وزارت انرژی کمک مالی دریافت کرد تا آزمایشات ووسکوف را با استفاده از یک ژیروترون بزرگتر افزایش دهد.

با دستگاه بزرگتر، تیم امیدوار است که سوراخی را 10 برابر عمق آزمایشات آزمایشگاهی ووسکوف تبخیر کند. پیش بینی می شود تا پایان سال جاری محقق شود. پس از آن، تیم یک حفره را 10 برابر عمق سوراخ قبلی تبخیر می کند – چیزی که هود آن را سوراخ 100 به 1 می نامد.

“این چیزی است که [the DOE] به ویژه به این موضوع علاقه مند است، زیرا آنها می خواهند به چالش های ناشی از حذف مواد در این طول های بیشتر بپردازند – به عبارت دیگر، آیا می توانیم نشان دهیم که بخارات سنگ را کاملاً بیرون می کشیم؟ هود توضیح می دهد. ما معتقدیم که آزمایش 100 به 1 به ما اعتماد به نفس می دهد تا از یک دکل حفاری ژیروترون در میدان برای اولین نمایش های میدانی بسیج کنیم.

انتظار می‌رود آزمایش‌های حفره 100 به 1 در سال آینده تکمیل شود. Quaise همچنین امیدوار است که در اواخر سال آینده شروع به تبخیر سنگ در آزمایشات میدانی کند. جدول زمانی کوتاه نشان دهنده پیشرفت ووسکوف در آزمایشگاه خود است.

اگرچه تحقیقات مهندسی بیشتری مورد نیاز است، اما در نهایت، این تیم انتظار دارد که بتواند این چاه های زمین گرمایی را به طور ایمن حفاری و راه اندازی کند. هود می‌گوید: «ما معتقدیم که به دلیل کار پل در MIT در دهه گذشته، به اکثر سؤالات اصلی فیزیک، اگر نگوییم، پاسخ داده شده و به آنها پرداخته شده است. این واقعاً چالش‌های مهندسی است که باید به آنها پاسخ دهیم، که به این معنی نیست که حل آنها آسان است، اما ما برخلاف قوانین فیزیک که پاسخی برای آنها وجود ندارد، کار نمی‌کنیم. این بیشتر مسئله غلبه بر برخی ملاحظات فنی و هزینه بیشتر برای ساخت این کار در مقیاس بزرگ است.”

این شرکت قصد دارد تا سال 2026 شروع به برداشت انرژی از چاه های زمین گرمایی آزمایشی کند که دمای سنگ تا 500 درجه سانتیگراد می رسد. از آنجا، این تیم امیدوار است که با استفاده از سیستم خود، شروع به استفاده مجدد از نیروگاه های زغال سنگ و گاز طبیعی کند.

هود می‌گوید: «ما معتقدیم اگر بتوانیم تا 20 کیلومتر حفاری کنیم، می‌توانیم در بیش از 90 درصد مکان‌های جهان به این دماهای فوق‌گرم دسترسی پیدا کنیم.

کار Quaise با DOE به آنچه که بزرگترین سؤالات باقی مانده در مورد حفاری سوراخ هایی با عمق و فشار بی سابقه است، مانند برداشتن مواد و تعیین بهترین پوشش برای پایدار و باز نگه داشتن سوراخ، پرداخته است. برای مشکل دوم پایداری چاه، هود معتقد است که مدل‌سازی رایانه‌ای بیشتری مورد نیاز است و انتظار دارد این مدل‌سازی تا پایان سال 2024 تکمیل شود.

با حفاری سوراخ‌ها در نیروگاه‌های فعلی، Quaise می‌تواند سریع‌تر از زمانی که برای ساخت نیروگاه‌ها و خطوط انتقال جدید مجوز بگیرد، حرکت کند. و با سازگار کردن تجهیزات حفاری موج میلی‌متری آنها با ناوگان جهانی دکل‌های حفاری موجود، به شرکت اجازه می‌دهد تا از نیروی کار جهانی صنعت نفت و گاز استفاده کند.

“در این دماهای بالا [we’re accessing]هود می‌گوید، ما در حال تولید بخار هستیم که بسیار نزدیک به دمایی است که نیروگاه‌های زغال‌سنگ و گاز امروزی در آن کار می‌کنند. بنابراین، می‌توانیم به نیروگاه‌های موجود برویم و بگوییم، ما می‌توانیم 95 تا 100 درصد زغال‌سنگ مصرفی شما را با توسعه میدان زمین گرمایی و تولید بخار از زمین جایگزین کنیم، در همان دمایی که برای راه‌اندازی توربین خود زغال‌سنگ می‌سوزانید. ، مستقیماً جایگزین انتشار کربن می شود.

تغییر سیستم های انرژی جهان در چنین بازه زمانی کوتاهی چیزی است که بنیانگذاران آن را برای کمک به جلوگیری از فاجعه بارترین سناریوهای گرمایش جهانی ضروری می دانند.

هود می‌گوید: «در دهه گذشته دستاوردهای چشمگیری در انرژی‌های تجدیدپذیر حاصل شده است، اما تصویر بزرگ امروز این است که ما به اندازه کافی سریع پیش نمی‌رویم تا به نقاط عطفی که برای محدود کردن بدترین تأثیرات تغییرات آب و هوایی نیاز داریم، برسیم. “[Deep geothermal] یک منبع انرژی است که می تواند در هر جایی مقیاس شود و این توانایی را دارد که از نیروی کار بزرگ در صنعت انرژی استفاده کند تا به راحتی مهارت های خود را برای یک منبع انرژی کاملاً بدون کربن بسته بندی کند.