Denne artikkelen er produsert og finansiert av Sintef - les mer.
Denne teknologien kan femdoble effekten fra jordvarme
Langt nede under jordoverflaten finnes det en energikilde med et stort og evig potensial: jordvarme. Men de kreftene som finnes i det brennhete og ugjestmilde dypet, må temmes. Nå vet forskere hva som må til.
Om forskerne lykkes i sitt neste forsøk, vil det øke effekten fra jordvarme med fem til ti prosent.(Foto: Geothermal Research Cluster)
– Under jorda finner vi temperaturer på over 1.000 grader celsius. Varmen kan omskapes til fornybar og nesten CO2-fri energi. Samtidig er jordvarmen uavhengig, tilgjengelig og stabil.
Ordene kommer fra seniorforsker Hieu Nguyen Hoang i Sintef. Han er en av dem som vil temme de ugjestmilde forholdene i jorddypet. Det vi snakker om, er etsende væsker, ekstreme trykk og temperaturer som vil ta knekken på det aller meste.
Jordvarme kan bli en avgjørende energikilde verden sårt trenger mer av, men som i dag gir oss alt for store klimautslipp.
Hieu Nguyen Hoang er en av teknologene som har satt seg fore å temme de ugjestmilde forholdene i jorddypet.(Foto: Sintef)
Potensialet til jordvarme er så langt relativt uutnyttet. I dag kommer under tre prosent av den globale energien fra jordvarme. Hovedårsaken er høye kostnader og høy energiproduksjon ved boring. Vi må ned til temperaturer som er høye nok for lønnsom strømproduksjon.
For jo lenger inn mot jordas kjerne vi kommer, jo varmere blir det.
Øker effektiviteten med femgangen – minst
Men nye teknologiske fremskritt bringer oss stadig nærmere målet:
På Island er de allerede godt i gang med å utnytte sine unike geologiske forhold. I dag kommer 99 prosent av islendingenes elektrisitet fra fornybare kilder. Energi fra jordvarme er en viktig del av energimiksen.
Iceland Deep Drilling Project (IDDP) er et forsknings- og utviklingsprosjekt. Forskerne der har over flere år undersøkt nærmere hvordan en kan lage brønner som både tåler de høye temperaturene og de porøse geologiske formasjonene på Island.
Målet er å komme ned til det de kaller superkritisk vann. Det er en tilstand vannet kommer i når temperaturen passerer 374 °C og trykket øker til 218 ganger lufttrykket på overflata.
Disse ekstreme forholdene gir fem til ti ganger så mye elektrisitetsproduksjon enn tradisjonell geotermi.
Geotermisk energi er energi som finnes lagret i jordskorpen i form av varme.
– Superkritisk vann gir en unik mulighet for elektrisitetsproduksjon. Å frigjøre denne ressursen kan revolusjonere geotermisk kraft. Det kan gjøre den til en av de mest effektive fornybare energikildene, forklarer Hoang.
Gjennom to tidligere prosjekter har forskerne arbeidet med å finne løsninger på dette. Foreløpig har de ikke lyktes.
– Den første brønnen oppnådde supervarme forhold. Den andre superkritiske forhold på 4.650 meters dyp. Men i begge brønnene opplevde forskerne feil på grunn av utilstrekkelige foringssystemer i brønnens yttervegg, forklarer Hoang.
Geotermisk energi
Islands lederskap:
Island produserer 5,8 prosent av verdens geotermiske elektrisitet.
Over 99 prosent av landets elektrisitet kommer fra geotermisk og vannkraft.
Geotermisk energi dekker 45 prosent av landets oppvarmingsbehov.
Globalt potensial:
Globalt kan geotermisk energi til sammen produsere over 200.000 terawattimer elektrisitet hvert år.
Geotermiske ressurser finnes i over 90 land og spesielt i områder med vulkansk aktivitet eller der tektoniske plater møtes.
Forbedrede geotermiske systemer gjør det mulig å bruke geotermisk energi i områder som ikke har naturlig høye temperaturer nær overflaten.
Innen 2050 kan geotermisk energi levere 8,5 prosent av den globale elektrisiteten og redusere CO₂-utslippene med 2,1 gigatonn per år.
I tillegg til å produsere strøm, kan geotermisk energi brukes til oppvarming, i industrien og i drivhus.
Ny superbrønn
Nå er forskerne i gang med et nytt prosjekt kalt COMPASS. Målet er en ny brønnkonstruksjon. Den skal både tåle høy temperatur og de porøse geologiske formasjonene.
Samtidig skal kostnadene holdes mest mulig nede. Slik kan det bli lønnsomt og mer bærekraftig.
Annonse
Forskere på jobb ved et geotermisk felt på Island.(Foto: Geothermal Research Cluster)
– Etsende væsker, ekstreme trykk og geotermiske påkjenninger er en tøff utfordring for brønndesign. Det er avgjørende med innovative løsninger for å sikre at brønnen ikke får skader over tid. Det er også viktig for å sikre levetiden til brønnene, sier Hoang.
Må tåle «alt»
Å hente ut jordvarme foregår ved at vannet nede i reservoaret flommer inn i brønnen og opp til overflaten. En arbeider i porøse formasjoner med naturlige sprekker. Da kan vannet bevege seg i formasjonen.
Utfordringen er å sikre at brønnen ikke får skaderover tid under de ekstreme forholdene med temperatur og trykk som oppstår i slike geotermiske miljøer.
I prosjektet skal forskerne utvikle teknologi som vil gi en sterkere og mer fleksibel brønn. Den skal kunne håndtere de ekstreme forholdene. Dette inkluderer blant annet utvikling av sterkere og mer fleksible yttervegger. Det er for å redusere termisk spenning.
I tillegg fokuserer forskerne på innovative brønndesign med materialer som tåler motstand.
– Ved å bruke en laser vil vi legge et beskyttende lag på røret som motstår korrosjon og som tåler det høye trykket samt etsende væsker, forteller forsker Tèrence Coudert. Også han er fra Sintef.
En teknologisk spåkule
Forskere ved Sintef har utviklet et avansert simuleringsverktøy. Ifølge dem kan det endre geotermisk brønndesign fullstendig:
Gjennom å simulere og hente ut data fra brønner gjør verktøyet det mulig å identifisere hvilke fysiske fenomen som oppstår i jorddypet.
Simuleringen gir også informasjon om kjemiske reaksjoner. Det gir dessuten informasjon om hvilke materialer som trengs for å lage en fleksibel konstruksjon.
– Verktøyet gir oss raske beregninger på kreftene i brønnen og hva konstruksjonen tåler. Slik kan vi utvikle teknologien videre og redusere kostnadene, forteller Coudert.
Annonse
I forrige prosjekt fikk ytterveggene raskt skade i de supervarme forholdene. Resultatet ble at forskerne ikke fikk målt forholdene i brønnen. De fikk heller ikke gjennomført testene som var planlagt.
Hoang forklarer at erfaringene fra de første brønnene viser hvor viktig ytterveggene er. De må holde.
Mulig gjenbruk av gamle brønner
Ifølge forskerne kan energi fra jordvarme spille en viktig rolle i den globale energiomstillingen. Den kan bli et pålitelig og allsidig alternativ til tradisjonell fornybar energi.
Men, geotermisk energi er mer enn en fornybar energikilde: Den kan også spille en sentral rolle i en sirkulær energiøkonomi.
Ved å gjenbruke brønner for karbonfangst, termisk energilagring eller hydrogenproduksjon, kan geotermiske prosjekter forlenge livssyklusen og minimere miljøpåvirkningen.
– Målet vårt er å lage brønner med en levetid på over 30 år som kan tilpasses fremtidige bruk og forhold. Det sier Lilja Tryggvadóttir ved Reykjavik Energy.
Hun legger til at de utforsker også mulighetene for å gjenbruke og pusse opp gamle brønner. Videre vil de utvinne energi fra dypere ressurser.
Om prosjektet
Det EU-finansierte prosjektet COMPASS tar opp tråden etter forgjengeren HotCaSe.
Sintef har ansvaret for utvikling av simuleringsverktøyet for brønnen. Reykjavik Energi er ansvarlig for boring av det som blir den tredje brønnen i IDDP-prosjektet. Sammen med datterselskapet On Power har de gjennom flere forskningsprosjekter forberedt seg på oppgaven. Målet er å sette nye standarder for brønndesign ved hjelp av et internasjonalt ekspert-team.
Dette er innovasjonene i prosjektet:
Termisk stressreduksjon: Avansert skumsement og fleksible koblingssystemer gjør at foringsrørene kan utvide seg og trekke seg sammen mer fleksibelt. Det reduserer strukturelle feil forårsaket av ekstreme variasjoner i temperatur og sikrer langsiktig pålitelighet.
Korrosjonsbestandig kledning: Ved hjelp av EHLA-teknologi (Extreme High-Speed Laser Application) påfører forskerne tynne, korrosjonsbestandige lag med høy ytelse på foringsrørkomponenter. Dette forlenger holdbarheten samtidig som det minimerer miljøpåvirkningen sammenlignet med tradisjonelle metoder.
Trykkavlastningssystemer: Trykkoppbygging i brønnens ringformede rom, forårsaket av ekspanderende væsker under oppvarming, er en primær årsak til at foringsrøret kollapser. Forskerne introduserer et innovativt system for trykkavlastning integrert i foringsrøret. Det midlertidig frigjør overtrykk og automatisk forsegler igjen, og opprettholder brønnens strukturelle integritet.
Avanserte simuleringsverktøy: Multifysikksimuleringer gir dypere innsikt i interaksjonene mellom termiske, mekaniske og kjemiske belastninger i brønner. Disse verktøyene muliggjør presise, effektive design optimalisert for supervarme geotermiske felt.
