تکنولوژی
چگونه انرژی فرو نیرویی بی‌پایان زیر پای ما را استخراج می‌کند
انرژی زمین‌گرمایی که به عنوان یک منبع انرژی معرفی می‌شود، می‌تواند به مقابله با تغییرات اقلیمی و کاهش انتشار کربن کمک کند. با گسترش نیاز به منابع انرژی تجدیدپذیر، این نوع انرژی به عنوان روشی قابل اطمینان برای تولید برق مورد توجه قرار گرفته است. می‌توان از این انرژی استفاده کرد، اما هزینه‌های بالا و نیاز به شرایط زمین‌شناسی خاص از معایب آن است. کشورهایی مانند ایسلند به خوبی از این منبع استفاده می‌کنند و شرکت‌هایی مثل Fervo Energy به تازگی طرح‌هایی برای بهره‌برداری از این انرژی در مقیاس بزرگ ارائه داده‌اند.
اگر به شما بگویم زیر پای ما منبعی تقریباً بی‌پایان و رایگان از انرژی گرمایی وجود دارد که می‌توان آن را استخراج کرد، چه می‌گویید؟ انرژی زمین‌گرمایی نامیده می‌شود و گرمایی که درون سیاره‌ای که در آن زندگی می‌کنیم وجود دارد، می‌تواند به روش‌های مختلفی و به ویژه در تولید برق مورد استفاده قرار گیرد.
همزمان با افزایش ضرورت مبارزه با تغییرات آب‌وهوایی و کاهش انتشار کربن، منابع انرژی تجدیدپذیر به طور فزاینده‌ای ضروری می‌شوند. در حالی که انرژی خورشیدی و بادی به شناخت وسیعی دست یافته‌اند، انرژی زمین‌گرمایی به عنوان گزینه‌ای قابل‌اعتماد و کمتر متغیر مورد توجه قرار گرفته است.
ولی چگونه به این منبع انرژی قوی دسترسی پیدا کنیم؟
انرژی زمین‌گرمایی چیست؟
رمز این موضوع در خود اصطلاح نهفته است. زمین‌گرمایی یک ترکیب از کلمات زمین و گرما (به زبان یونانی) است.
به طور ساده، انرژی زمین‌گرمایی هر شکلی از انرژی است که با استفاده از گرمای زمین تولید می‌شود، اما کمی پیچیده‌تر از آن است. اولین نکته‌ای که باید بدانید این است که درون سیاره ما یک هسته بسیار داغ وجود دارد.
این گرمای داخلی از تجزیه رادیواکتیو ذرات درون پوسته، گوشته و هسته سیاره تولید می‌شود. گرمای باقی‌مانده از زمان تشکیل زمین نیز مسئول بخش کوچکی از گرمای داخلی آن است، اما این یک جزئی کوچک‌تر است.
گرمای زیر پای ما
همانطور که در یک راکتور هسته‌ای این تجزیه گرمای باقی‌مانده‌ای تولید می‌کند که به تدریج با افزایش عمق افزایش می‌یابد. دماها می‌توانند بسیار داغ شوند بسته به اینکه به کجا درون زمین نگاه کنید.
در واقع، دانشمندان دریافته‌اند که دمای هسته داخلی زمین تقریباً ۱۰۸۰۰ درجه فارنهایت است. شگفت‌انگیز است که این دما به اندازه سطح خورشید است!
دماها در گوشته در مرز پوسته-گوشته حدود ۳۹۲ درجه فارنهایت تا در مرز گوشته-هسته تقریباً ۷۲۳۰ درجه فارنهایت می‌باشد.
تصویر نیروگاه زمین‌گرمایی در ایسلند. منبع: Ásgeir Eggertsson/Wikimedia Commons
دیگر منابع گرمایی نیز در سیاره وجود دارند، به ویژه در داخل پوسته بسیار نازکی که ما روی آن زندگی می‌کنیم. به عنوان مثال، سنگ‌ها و آب گرما را از ماگما که در عمق زمین قرار دارد جذب می‌کنند.
برخی مکان‌ها در سیاره در واقع این منبع گرمای داخلی را به سطح نزدیک‌تر می‌آورند، اثبات می‌شود که مکان‌های ایده‌آلی برای استخراج انرژی زمین‌گرمایی هستند. این موضوع به ویژه در مکان‌هایی که بدنه‌های ماگما به پوسته زمین نفوذ کرده‌اند (مانند زیر آتش‌فشان‌ها یا در مرزهای بین‌الصفحه‌ای) صدق می‌کند.
همانطور که این موضوع ترغیب‌کننده به نظر می‌رسد، باید توجه داشت که انرژی زمین‌گرمایی بدون نقص نیست. این موارد شامل هزینه‌های اولیه بالا و نیاز به شرایط خاص زمین‌شناسی است. حفاری عمیق به درون زمین می‌تواند بسیار هزینه‌بر باشد و موفقیت پروژه‌های زمین‌گرمایی تا حد زیادی بستگی به یافتن مکان‌هایی با گرمای کافی زیرزمینی دارد.
با این حال، برخی «ترفندها» وجود دارد که می‌توان به آنها پرداخت تا بازدهی سرمایه‌گذاری قابل‌توجهی حاصل شود.
کدام کشورها از انرژی زمین‌گرمایی استفاده می‌کنند؟
مکان‌هایی مانند ایسلند نمونه‌های بارز هستند. این جزیره بر روی یکی از این مرزها، یعنی نیمه‌اطلسی تشکیل شده است. در اینجا، ماگمای شکل‌گرفته در گوشته اغلب به سطح می‌رسد تا آتش‌فشان‌ها و جریان‌های مواد مذاب را تشکیل دهد.
این مکان پتانسیل منحصربه‌فردی برای استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر، به ویژه انرژی زمین‌گرمایی را ارائه می‌دهد که به نحوی نسبتاً آسان می‌توان آن را به کار گرفت. در واقع، کشور یکی از پیشروان جهانی انرژی زمین‌گرمایی است و از آن برای مقاصد متعددی از گرم کردن مستقیم تا تولید برق استفاده می‌کند.
به‌کارگیری این منبع انرژی برای باقی جهان سخت‌تر است، اما نه غیرممکن. با ازدیاد دما زیر پوسته، حفر چاه‌های عمودی عمیق اغلب رایج‌ترین راه برای بهره‌برداری از این منبع است که به نحوی به‌صورت موثر برای محیط زیست تقریباً «رایگان» است.
در ایالات متحده، برای مثال، میدان‌های زمین‌گرمایی مانند گیسرها در حال حاضر برای این منبع ارزشمند قدرت بهره‌برداری می‌شوند. در واقع، بزرگترین نیروگاه زمین‌گرمایی جهان گیسرها است، واقع در شمال سانفرانسیسکو. ظرفیت تولید آن ۹۰۰ مگاوات است و شامل ۲۲ نیروگاه که در چندین مایل گسترش یافته‌اند.
این نوع نیروگاه‌ها معمولاً با حفاری عمیق به درون پوسته زمین به منظور دسترسی به مخازن آب گرم یا سنگ خشک کار می‌کنند. آب یا یک سیال دیگر به این مناطق داغ متمایل می‌شود، جایی که گرم شده و به بخار تبدیل می‌شود. این بخار توربین‌ها را به کار می‌اندازد و برق تولید می‌شود.
یک منبع قدرت جهانی در حال رشد
کشورهای دیگر، مانند ایتالیا، مکزیک، فیلیپین و اندونزی، به شدت در این فناوری سرمایه‌گذاری می‌کنند. کشورهای دیگر، مانند نیوزلند، به خاطر منظر آتش‌فشانی خود شناخته می‌شوند و حدود ۱۷٪ از برق خود را از طریق قدرت زمین‌گرمایی تولید می‌کنند. کنیا، یکی از پیشروان در ابتکارات انرژی تجدیدپذیر آفریقا، حدود ۴۰٪ از انرژی خود را از منابع زمین‌گرمایی دریافت می‌کند و به طور فعالی به ترکیب انرژی پایدار خود کمک می‌کند.
در همین حال، کالیفرنیا با تلاش‌های شرکت‌هایی مانند Fervo Energy آماده پیوستن به قطار زمین‌گرمایی است.
طرح ساده یک سیستم هیروترمالی آب‌گرم. منبع: Goran tek-en/Wikimeida Commons
فناوری زمین‌گرمایی Fervo Energy
Fervo Energyای مستقر در هوستون چندین بار در سال‌های اخیر با دستیابی‌هایی در فناوری نیروگاه زمین‌گرمایی در خبرها بوده است. این شامل ترکیب آن از جذب کربن و نیروگاه زمین‌گرمایی بود که بخشی از آن توسط بنیاد چن زاکربرگ تأمین مالی شده بود.
با توجه به اینکه جذب کربن از نظر انرژی بسیار فشرده است، پیدا کردن راه‌هایی اقتصادی برای بهره‌برداری از آن سودمند است. روش‌هایی مانند جذب کربن مستقیم از هوا (DAC) یک نمونه است. اعتقاد بر این است که DAC یک ضرورت است برای پاک‌سازی هوا از دی‌اکسید کربن به منظور کمک به کاهش دمای جهانی.
Fervo همچنین چند پروژه دیگر دارد، مانند در نوادا، که برای ارائه انرژی تجدیدپذیر بدون کربن و غیرقابل تداخل برای مراکز داده گوگل طراحی شده‌اند. اما، اینها بیشتر کاربردهای خاصی از انرژی زمین‌گرمایی هستند.
پروژه‌ای خیلی جالب‌تر قرارداد خرید ۳۲۰ مگاوات برق اخیر این شرکت با شرکت Southern California Edison (SCE) است.
در چارچوب این قرارداد ۱۵ ساله، Fervo به ۳۵۰۰۰۰ خانه در سراسر کالیفرنیای جنوبی انرژی پاک و قابل‌اعتماد و مقرون به صرفه تأمین خواهد کرد. این پروژه همچنین از دیدگاه SCE برای کمک به کالیفرنیا در انتقال به آینده‌ای بر پایه انرژی پاک‌تر پشتیبانی خواهد کرد.
طبق این قرارداد خرید، SCE برق را از پروژه ۴۰۰ مگاواتی Cape Station Fervo خریداری می‌کند که در حال حاضر در جنوب غربی یوتا در حال ساخت است. اولین فاز پروژه که مجموعاً ۷۰ مگاوات است، پیش‌بینی می‌شود در سال ۲۰۲۶ عملیاتی شود، در حالی که فاز دوم باید تا سال ۲۰۲۸ زنده شود.
دیوید هوچشیلد، رئیس کمیسیون انرژی کالیفرنیا گفت: «این اعلان یک قدم دیگر در اهداف کالیفرنیا برای برق پاک و بدون کربن است». سیستم‌های زمین‌گرمایی تقویت‌شده منابع باد و خورشیدی فراوان ما را با تأمین بار پایه حیاتی وقتی آن منابع محدود هستند تکمیل می‌کنند.» او اضافه کرد که این کلید برای تضمین قابلیت اطمینان است همانطور که از سوخت‌های فسیلی دور می‌شویم.
چه چیزی انرژی زمین‌گرمایی Fervo را انقلابی کرده است؟
در مرکز برنامه نوآورانه زمین‌گرمایی Fervo یک فناوری حفاری وجود دارد که به انرژی زمین‌گرمایی اجازه می‌دهد تا به افزایش تقاضا برای برق تجدیدپذیر قابل‌اعتماد پاسخ دهد. این شرکت این کار را با استفاده از یک تعدیل ویژه از تکنیک‌های حفاری چاه‌های عمیق که برای صنایع نفت و گاز توسعه یافته‌اند انجام می‌دهد.
چاه‌چاه‌های درون زمین به صورت عمیق حفر می‌شوند و مایعی به آنها تزریق می‌شود تا درون سنگ‌ها شکاف‌هایی ایجاد کنند و نفوذپذیری آنها را افزایش دهند. این شرایط لازم برای تولید برق را ایجاد می‌کند.
زحمات سختی که پیش از این انجام شده است. بر اساس نتایج اولیه حفاری پروژه‌ی فوریه ۲۰۲۴ Fervo، زمان‌های حفاری سریع‌تر و کاهش هزینه چشمگیری در Cape Station، پروژه ۴۰۰ مگاواتی Fervo در Beaver County، یوتا، انجام شده است.
این نتایج دلگرم‌کننده از تلاش‌های تجاری‌سازی و آمادگی برای قراردادهای بزرگ‌مقیاس، از جمله بزرگترین قرارداد خرید نیروی زمین‌گرمایی جهان حمایت می‌کند. Fervo هم‌اکنون ۳۷۳ مگاوات قدرت تجدیدپذیر از Cape Station قرارداد بسته است.
داون اوونز، معاون و رئیس توسعه و بازارهای تجاری Fervo Energy گفت: «زمین‌گرمایی به عنوان راه‌حلی قابل‌اعتماد و قابل‌تنظیم برای مسیر کالیفرنیا به شبکه‌ای به‌طور کامل کربن‌زدایی شده است».
«همانطور که افزایش برق‌رسانی و فشار تغییرات اقلیمی به زیرساخت‌های شکننده، انرژی زمین‌گرمایی فقط نقشی بزرگ‌تر در بازارهای برق ایالات متحده خواهد داشت. Fervo امیدوار است که هم‌چنان به دیدار این نیازها بپردازد و برق قوی و پاک ارائه دهد تا به تعادل مجموعه انرژی کالیفرنیا کمک کند،» او اضافه کرد.
نگاه به جلو، نقش انرژی زمین‌گرمایی پیش‌بینی می‌شود که با کاهش هزینه‌ها و بهبود دسترسی‌پذیری نوآوری‌ها رشد کند. سیستم‌های زمین‌گرمایی تقویت‌شده مانند آنهایی که توسط Fervo Energy توسعه‌یافته‌اند می‌توانند منابع زمین‌گرمایی را در مناطقی که قبلاً نامناسب در نظر گرفته می‌شدند، قابل دسترس کنند.
این توسعه برای ایجاد یک شبکه انرژی تجدیدپذیر متعادل‌تر و پایدارتر که قادر به ارائه بدون انتشار کربن است، ضروری خواهد بود.
