99 prosent av jordkloden har en temperatur på over 1000 grader celsius.

Varmen er restvarme fra jordas opprinnelse og fra nedbrytning av radioaktive stoffer.

Den kan omskapes til energi, som er fornybar, CO2-fri og stabil.

Norske forskere og teknologer er med i kappløpet om å lykkes.

– Om vi klarer å hente ut bare en liten del av jordvarmen som finnes, vil det være nok til å forsyne hele jorda med energi. Energi som er ren og trygg, sier Sintef-forsker Hieu Nguyen Hoang.

Island er tidlig ute

Med sin vulkanske aktivitet kan Island bruke jordvarme, såkalt geotermisk varme, som en viktig del av energisystemet. En stor del blir til elektrisitet.

Forskere og teknologer mener potensialet er stort for andre deler av verden også. Aller størst er potensialet i å hente jordvarmen som befinner seg så nær den flytende mantelen som mulig.

– For hver kilometer man beveger seg innover mot jordas kjerne, stiger temperaturen. I den innerste del av kjernen når den 5000 grader celsius, sier forskeren.

Nå er han og andre forskerne ett skritt nærmere det brennhete målet.

Henter erfaringer fra oljebransjen

Sammen med forskere fra flere land, samt norske Equinor, har han og kollegene utviklet brønnteknologi som skal tåle den ekstreme varmen, slik at vi kan dra nytte av den på landjorda. Prosjektet har navnet HotCaSe.

– En forutsetning for å få varmen opp fra dypet er at vannet nede i selve reservoaret kan flømme inn i brønnen og opp til overflaten. Derfor jobber vi i formasjoner som er relativt porøse, og som har nok naturlige sprekker til at vannet kan bevege seg i formasjonen, forklarer Sturla Sæther i Equinor.

Forskerne ville lage en brønn som tåler både høy temperatur og porøse geologiske formasjoner.

Det har forskerteamet klart, blant annet ved å overføre teknologi fra oljebransjen til geotermisk industri.

Analyseprogram viser hva som skjer der nede

De har også samlet inn data fra den islandske geotermiske brønnen IDDP 2, en brønn som går dypere og varmere for å hente opp mer energi fra jorden.

Denne informasjonen har forskerne så brukt til å utvikle analyseverktøyet Casinteg. Dette er et dataprogram spekket med informasjon fra den islandske brønnen og om alt fra materialer til kjemiske reaksjoner.

Verktøyet kan vise hvilke fysiske fenomen som oppstår i jorddypet. Det kan også bli brukt til å velge materialer som passer i en konstruksjon som må være fleksibel.

– Alt dette blir først simulert og deretter kontrollert opp mot operasjonens reelle forhold. Dermed er teamet godt sikret mot en framtidig brønnkollaps, sier Sæther.

Han har vært sentral i IDDP-2 prosjektet på Island. Nå deltar han i prosjektet HotCaSe for å finne ut mer om produktiviteten til dype og ekstremt varme geotermiske reservoar.

CO2 kan bli lagret i grunnen

Hoang forteller at et annet mål med HotCase, er å bidra i arbeidet med trygg lagring av CO2 i undergrunnen, såkalt CCS.

– Slik lagring krever at reservoaret er helt tett også i framtida. Ingenting kan lekke ut. Kunnskapen som blir til i HotCase, vil derfor bli viktig når verden for alvor kommer i gang med CCS. Det vet vi er helt nødvendig for å nå klimamålene, sier Hoang.

Superkritisk vann er veldig varmt

Å hente ut geotermisk varme er både dyrt med tanke på leting, kartlegging og boring av brønner. Men, dersom man lykkes kan elektrisitet produsert fra geotermisk varme være et lønnsomt alternativ til sol og vind.

Kostnaden på geotermisk energi kan bli enda lavere ved å bore ned til reservoarer som inneholder det som kalles superkritisk vann. Og det er nettopp det som er målet for IDDP prosjektet.

Superkritisk vann er veldig varmt og under høyt trykk. Vannet vil derfor komme til overflaten som overhetet damp.

Og det er nettopp det som er målet:

– Superkritisk vann inneholder enorme mengder energi og mye mer enn tradisjonell geotermi, hvor det er en blanding av vann og damp som kommer til overflaten. I slike dype reservoarer inneholder væsken så mye energi at man kan forvente å produsere mellom fem og ti ganger så mye elektrisitet som i konvensjonelle geotermiske brønner, sier Sæther.

Teknologi i ytterkanten av hva som er mulig

Å hente ut varmen langt nede i dypet av grunnen krever teknologi for å få brønnen til å vare over lengre tid uten og ødelegges. Det har ingen klart å utvikle – enn så lenge.

Islendingene har prøvd før. Forsøket lyktes ikke. Det er derfor ingen overdrivelse å si at HotCaSe er et prosjekt som beveger seg i ytterkanten av hva som er teknologisk mulig.

Forholdene i jordas indre er noe for seg selv. Én ting er ubarmhjertige temperaturer på 5-600 grader celsius. Men her finnes altså superkritisk vann: Når termometeret passerer kritisk punkt som er 374 grader og trykket øker til 218 ganger lufttrykket på overflata, blir vannet såkalt superkritisk.

Dette vannet befinner seg i en fysisk form som går fra å være flytende, til å bli gass når det strømmer ut av brønnen.

I den superkritiske fasen kan væsken være svært korroderende under visse kjemiske forhold. Det gjør operasjonen ekstra krevende.

– Den geotermiske brønnen må konstrueres slik at de ekstreme forholdene kan håndteres. Materialene som skal brukes i ytterveggen på den geotermiske brønnen, må ha helt spesielle egenskaper, og brønnen må bygges på en måte som gjør at den kan ha en levetid på minst 20 år for at dette skal bli lønnsomt. Den må også tåle uforutsette hendelser som kan føre til at temperaturen i varmereservoaret stiger i kortere perioder, forklarer Hoang.

Fare for full brønnkollaps

En helt sentral del av den geotermiske brønnen er det som kalles casingsystemet. Dette er brønnens yttervegger, en beskyttelse som vanligvis består av et stålforingsrør og sement.

– Litt forenklet kan casingen beskrives som ytterveggene i verdens største og mest hardføre termos, som i tillegg skal bygges under jorda, sier Sintef-forskeren.

Denne ytterveggen må klare å holde den dype brønnen stabil. Den må også kunne beskytte utstyret som skal sendes ned, som sensorer og selve boreutstyret.

– Om denne konstruksjonen ikke tåler de tøffe omgivelsene, kan flere ting skje. Utstyret kan korrodere, og det kan utsettes for hydrogendrevet prosess som spiser opp stålet og svekker styrken i casingen. I verste fall kan hele brønnen kollapse, forklarer Hoang.

Brønnkonstruksjon som tåler skjelv

Etter snart fire år med innsats, tror teamet at de har en løsning klar: En fleksibilitet i brønnkonstruksjon. Den har blitt til gjennom teknologioverføring nettopp fra oljebransjen og er utviklet av prosjektpartneren, statseide Iceland GeoSurvey, ISOR.

Under høye temperaturer vil brønnkonstruksjonen bli utsatt for høy spenning. Ytterveggen, casingen, må tåle bevegelser ved oppstart av brønnen. Andre geotermiske brønner har kollapset på grunn av spenninger i geologien.

– Derfor vil vi nå bygge en fleksibel brønn som tillater en god del bevegelse. Det reduserer spenningen i konstruksjonen og dermed vil vi unngå kollaps, sier Hieu Nguyen Hoang.

HotCase baner vei for neste generasjon jordvarme

Allerede i 2017 sto jordvarmebrønnen IDDP-2 på Island ferdig. Den ble boret av norske Equinor og islandske partnere. Brønnen nådde 4650 meters dyp.

Det ble målt 427°C i brønnen etter at den var ferdig boret. I reservoaret rundt brønnen var det beregnet temperaturer på over 500 grader celsius.

Dette gjorde brønnen til en av verdens første som nådde superkritiske forhold.

Dessverre fikk casingssystemet raskt en skade. Derfor har det ikke vært mulig å måle forholdene i brønnen, og det har heller ikke vært mulig å gjennomføre de planlagte driftstestene.

Reykjavik Energy, som deltar i HotCaSe, har ikke gitt opp. De planlegger nå å bore den neste brønnen, IDDP3, om et par års tid.

Erfaringene fra de to første brønnene, har vist at den største hindringen er casingen. Ytterveggen må holde.

Forskerne håper at den nye teknologien og kunnskapen nå vil gjøre at det neste prosjektet lykkes. Analyseverktøyet er sentral. Det kan raskt beregne de termiske og mekaniske kreftene på rørforingen i en geotermisk brønn, hva selve konstruksjonen tåler.

– Casinteg er et av de viktigste prosjektresultatene for Equinor og alle som driver med geotermisk energi, sier Sturla Sæther.

Ett steg nærmere CO2-lagring

Nå skal denne teknologien inn i det nye prosjektet IntoWell, som er delfinansiert av Equinor og Forskningsrådet. Målet er å utvikle robuste, sikre og kostnadseffektive brønner for lagring av CO2 i undergrunnen.

Analyseverktøyet Casinteg vil her bli brukt til å evaluere brønnkonsepter for lagring av CO2.

Hensikten med all slik karbonfangst og -lagring er å begrense utslipp av klimagassen CO2 til atmosfæren og slik bidra til å bremse global oppvarming.

Artikkelen er produsert og finansiert av Sintef

Sintef er én av 77 eiere av forskning.no. Deres kommunikasjonsansatte leverer innhold til forskning.no. Vi merker dette innholdet for å tydelig skille formidling fra uavhengig redaksjonelt stoff.
Her kan du lese mer om ordningen.

Les også disse artiklene fra Sintef:

• 

  Forskere vil forbedre resultatene av hjemmetrening med KI-app

• 

  Kan en app få oss mer engasjert i miljøvennlig arkitektur?

• 

  Slik skal Fornebu blir forvandlet fra flyplass til miljøby

• 

  Forsøk på mus: – Nanomedisin med gassbobler kan bli en ny kur mot lungekreft

• 

  Mer bærekraftig betong vil spare samfunnet for milliarder

• 

  Norsk sensorteknologi sikter mot Mars

Les flere saker fra Sintef her.

forskning.no vil gjerne høre fra deg!
Har du en tilbakemelding, spørsmål, ros eller kritikk? TA KONTAKT HER