Heten fra helvete

Tett inntil glødende magma er vannet så hett og trykket så stort at energien blir tifold større enn vanlig geovarme. Klarer islendingene å hente ut heten fra helvete?

Publisert
I bakgrunnen sees riggen Tyr, som har boret hullet IDDP-1 nær kanten til krateret Víti, som i dag er fylt med vann. Víti betyr helvete på islandsk. (Foto: IDDP)
I bakgrunnen sees riggen Tyr, som har boret hullet IDDP-1 nær kanten til krateret Víti, som i dag er fylt med vann. Víti betyr helvete på islandsk. (Foto: IDDP)

Geoenergi


 

Forskning.no tar i denne serien for seg hvordan varmen fra jordas indre kan brukes som en energikilde.

Geoenergi deles inn i to hovedtyper

Grunn geoenergi fører varmt vann fra kjøleanlegg om sommeren noen hundre meter ned i bakken, og henter varmen opp igjen om vinteren.

Den dype, som fortsatt er på forsøksstadiet de fleste steder, henter varme som dannes i fjellet, fra jordas indre eller naturlig radioaktivitet på flere kilometers dybde.

Nord på Island ligger Krafla. Den ti kilometer brede fordypningen i landskapet er en caldera – en grop som sank sammen da en enorm vulkan tømte seg i fjern fortid.

Inne i Krafla ligger krateret Víti. Víti betyr helvete. I 1724 eksploderte dette krateret i et utbrudd. I dag er det halvfylt av en grønn sjø.

Glødende sår

I 1974 startet selskapet Landsvirkjun forsøksdrilling i Krafla. De planla å bygge et geovarmeanlegg som skulle hente opp varmen fra dypet.

Lava strømmer ut av sprekker i Krafla i 1984, mot slutten av perioden da vulkanisme i området truet med å stanse byggingen av kraftverket. (Foto: Michael Ryan, US Geological Survey)
Lava strømmer ut av sprekker i Krafla i 1984, mot slutten av perioden da vulkanisme i området truet med å stanse byggingen av kraftverket. (Foto: Michael Ryan, US Geological Survey)

Men Krafla protesterte. Glødende sår sprakk opp der jordskorpen vred og vrengte seg, bare to kilometer fra borestrengene. Utbruddene på 1970- og 80-tallet truet hele virksomheten.

Tirret drillingen Krafla, med nålestikk gjennom tynn steinhud? Eller var det de politiske tumultene rundt byggingen i det naturskjønne området som fikk det til å velte seg i henne?

Forklaringen ligger heller i kontinentplatene. Den eurasiske platen i øst og den nordamerikanske i vest rives fortsatt fra hverandre, midt over sagaøya og Krafla. Riften blør.

Boringen fortsatte likevel, tross utbruddene. I 1978 var kampen om Krafla vunnet. Varmekraftverket til Landsvirkjun produserte sine første megawatt. I 1984 resignerte Krafla, og falt til ro igjen.

Heten fra helvete

Men hun sover lett. Og geologene lar henne ikke sove i fred: Nye borestrenger snabler seg ned mot den virkelige heten fra helvete.

For noe har skjedd, der nede i dypet. Et magmakammer har bygget seg opp. En gang i framtida vil dette kammeret briste i et nytt utbrudd.

Forenklet skisse av Krafla-calderaen, det innsunkne området. IDDP-1 skulle opprinnelig bores ned til 4,5 kilometers dyp, ned i det rosa området hvor vannet er såkalt superkritisk, verken vann eller damp. Isteden måtte boringen stoppes ved rundt 2 kilometers dyp fordi det traff en lomme av magma, flytende stein. (Foto: (Figur: Per Byhring, forskning.no))
Forenklet skisse av Krafla-calderaen, det innsunkne området. IDDP-1 skulle opprinnelig bores ned til 4,5 kilometers dyp, ned i det rosa området hvor vannet er såkalt superkritisk, verken vann eller damp. Isteden måtte boringen stoppes ved rundt 2 kilometers dyp fordi det traff en lomme av magma, flytende stein. (Foto: (Figur: Per Byhring, forskning.no))

Supervarmt vann

Men før det skjer, vil islendingene prøve en ny og dristigere teknologi. De borer så nær magmakammeret som mulig. Der kan de hente ut mellom fem og ti ganger så mye energi som fra borehullene som i dag forsyner kraftverket.

Tett inntil magmaen er nemlig grunnvannet så hett og sammenpresset at det ikke lenger er en blanding av vann og damp, men en supervarm, tørr damp. Denne supervarme dampen kan frigjøre større energimengder enn vanlig damp i turbinene som lager elektrisk strøm.

Under Den blå lagunen

Iceland Deep Drilling Project (IDDP) ble stiftet i år 2000. Landsvirkjun gikk sammen med to andre energiselskap og dannet konsortiet Deep Vision.

Også offentlige penger ble sprøytet inn, både nasjonalt gjennom energibyrået Orkustofnun og internasjonalt gjennom International Continental Scientific Drilling Program og seinere National Science Foundation i USA.

I 2001 holdt IDDP et møte i Reykjavik. Forskere fra hele verden deltok. Island var et spesielt lovende land, fordi det superkritiske vannet her er spesielt energirikt.

Planen var opprinnelig å drille det første hullet ned til rundt fire kilometers dybde i 2005 på et helt annet sted enn Krafla, nemlig halvøya Reykjanes. De øde lavaslettene vest for Reykjavik er best kjent for Den blå lagune, der turistene kan svømme i varmt sjøvann.

Men dette vannet kommer fra geovarmeanlegget ved Svartsengi. Og i nærheten, ute på Reykjanes, fantes det allerede en brønn som var tre kilometer dyp. Denne brønnen skulle IDDP fore innvendig og bore enda en kilometer dypere.

[gallery:1]

Kollaps og kartlegging

Denne løsningen var mye billigere enn å drille hele veien ned. Men da energiselskapet Hitaveita Suðurnesja i november 2005 skulle gjøre noen avsluttende målinger før overlevering, kollapset brønnen. Ingeniørene klarte ikke å åpne den igjen, tross flere forsøk.

Reykjanes skulle være et pengesparende alternativ. Nå ble gode råd dyre. I 2006 besluttet IDDP å drille ved Krafla isteden, men først etter grundige forberedelser.

Berggrunnen ble kartlagt så grundig som mulig. Måling av elektriske og magnetiske felt fortalte hvordan de ulike berglagene ledet strøm. Små rystelser fra jordskjelv ble registrert på overflaten, omtrent som ved ekkolodd eller ultralydundersøkelse.

Til sammen ga disse målingene et klarere bilde av undergrunnen og magmakammeret. IDDP bestemte seg for å bore i nordenden av området der varmekraftverket lå, ved et vulkankrater som hadde utbrudd i 1724.

Flere problemer

Drillingen av brønnen IDDP-1 startet i mars 2009. Da var Island dypt inne i sin største økonomiske krise, men arbeidet fortsatte ufortrødent, med også StatoilHydro og det energihungrige aluminiumsselskapet Alcoa på spleiselaget.

Boreriggen Tyr fotografert våren 2009, da boringen av IDDP-1 nettopp var startet. (Foto: IDDP)
Boreriggen Tyr fotografert våren 2009, da boringen av IDDP-1 nettopp var startet. (Foto: IDDP)

Først gikk alt etter planen. Men så startet problemene. Borestrengen satte seg fast og ble vridd av. Nye hull måtte bores på siden av det gamle. Forsinkelsene bygget seg opp til flere uker.

Ingeniørene klarte heller ikke å drille den første og videste brønnen ned til 2400 meter, slik planen var. De bestemte seg for å stoppe på bare 1958 meter. Men den beslutningen viste seg å være et lykketreff. For snart skulle årsaken til alle problemene bli klar - som glass.

Glassproppen

Opp fra dypet kom nemlig størknet naturlig glass, obsidian. Ingeniørene hadde drillet rett inn i en lomme av smeltet stein – av magma.

Geologene regnet ut at denne lommen måtte være minst 50 meter tykk for å ha klart å holde seg smeltet i den kjøligere steinen helt siden magmakammeret oppstod på sytti- og åttitallet.

Obsidianet laget en 20 meter lang glassplugg i bunnen av borehullet IDDP-1. Ingeniørene pumpet kaldt vann ned i hullet, og berget hetet det opp i mange måneder. Så kunne varmeflyten måles.

Måling av varmestrømmen fra IDDP-1 i Krafla. Dampen er svart fordi den løsner forbindelser av jern, svovel og oksygen fra deler av borestrengen som har korrodert. (Foto: Fra video tatt av IDDP)
Måling av varmestrømmen fra IDDP-1 i Krafla. Dampen er svart fordi den løsner forbindelser av jern, svovel og oksygen fra deler av borestrengen som har korrodert. (Foto: Fra video tatt av IDDP)

Exit Statoil

Flere slike varmemålinger ble gjort i 2010 og 2011. Samtidig trakk Statoil seg ut av prosjektet.

- Den viktigste grunnen til at vi trakk oss ut, er at fortsettelsen av dette prosjektet blir for spesielt og litt på siden av det vi kan bidra med, sier Svein Roar Engelsen, leder av Statoils avdeling for geotermisk energi.

- Vi ønsket å se om boreutstyret kunne brukes helt inn mot områder med superkritisk vann, og det klarte jo IDDP, sier han videre.

Målet nådd

Guðmundur Ómar Friðleifsson (Foto: IDDP)
Guðmundur Ómar Friðleifsson (Foto: IDDP)

- Vi måler fortsatt varmeflyten fra brønnen, sier Guðmundur Ómar Friðleifsson til forskning.no. Han har ledet IDDP siden starten i år 2000.

- IDDP-1 er den varmeste produksjonsbrønnen i verden, med en temperatur på 450 grader C og et trykk på 140 bar, altså rundt 140 ganger lufttrykket ved havoverflaten, sier han.

Dette er nok til at vannet er supervarmt, men med litt lavere trykk og temperatur enn forskerne og ingeniørene bak IDDP opprinnelig håpet å bore seg ned til under Krafla.

Likevel er Friðleifsson optimist. Han beklager at Statoil trakk seg ut, men understreker at de største bidragsyterne er islandske kraftverk.

- Brønnen IDDP-1 vil kunne produsere mellom 25 og 35 megawatt. Det er rundt halvparten av hva hele resten av Krafla-kraftverket nå produserer. Landsvirkjun vurderer å bruke damp fra denne brønnen i kraftproduksjonen før året er omme, sier Friðleifsson.

Drillhodet løftes ut av borehullet. Bildet er tatt 14. april 2009. (Foto: IDDP)
Drillhodet løftes ut av borehullet. Bildet er tatt 14. april 2009. (Foto: IDDP)

Flere brønner

Målingene av varmestrømmen vil fortsette. Samtidig arbeider IDDP med å utvikle metoder for å rense det supervarme vannet for svovel, saltsyre og andre stoffer som tærer på eller propper igjen rørene.

Hvis det er for lite grunnvann til å produsere stadig nytt supervarmt vann, kan nytt vann pumpes ned. Slike systemer er allerede utviklet for konvensjonelle geovarmeanlegg, forteller Friðleifsson.

Etter at den første brønnen på Krafla er ferdigstilt, skal IDDP etter planen vende tilbake til utgangspunktet. Planen er å bore neste brønn ved Reykjanes i 2013 eller 2014.

- Vi er ikke alene i å utforske disse ressursene, understreker Friðleifsson. – Japan begynner å bore dypt igjen, det samme gjør New Zealand, Italia og USA. Alle vil være med på å utforske dyp geoenergi, og vi samarbeider med alle, sier han.

Tyr-riggen i midnattsol, Sankthansaften 2009. Krafla ligger nord på Island. (Foto: IDDP)
Tyr-riggen i midnattsol, Sankthansaften 2009. Krafla ligger nord på Island. (Foto: IDDP)

Lenker og referanser:

Iceland Deep Drilling Project

Friðleifsson et.al: Iceland Deep Drilling Project (IDDP) - 10 Years Later – Still an Opportunity for International Collaboration, Proceedings World geothermal Congress 2010, Bali, Indonesia, 25.-29.april 2010