Όπως αναφέρει ανάλογα με το πόσο βαθιά σκάβετε, η γεωθερμία είναι διαθέσιμη για τη λειτουργία σταθμών ηλεκτροπαραγωγής σε κλίμακα κοινής ωφέλειας καθώς και για θέρμανση και ψύξη μεμονωμένων περιοχών, κτιρίων και σπιτιών.
Και νέες τεχνικές αναπτύσσονται και εφαρμόζονται πιλοτικά για την παροχή γεωθερμικής ενέργειας «παντού» – όχι μόνο σε βέλτιστες γεωλογικές συνθήκες – δημιουργώντας συστήματα που διοχετεύουν το νερό στους θερμούς βράχους.
Για την αποθήκευση, αναπτύσσονται μέθοδοι για την κατασκευή υπόγειων μπαταριών που αποθηκεύουν περίσσεια ενέργειας (συνήθως από αιολική και ηλιακή) χρησιμοποιώντας την ίδια γεωθερμική υποδομή.
Τέλος, μια νέα καινοτομία είναι να παίρνει το νερό που τρέχει μέσα από τους βράχους και ταυτόχρονα να εξάγει κρίσιμα μέταλλα - όπως το λίθιο - από τη ροή.
Αναλυτικότερα...
Μια μελέτη NREL λέει ότι είναι οικονομικά εφικτό για τις γεωθερμικές πηγές να αποδίδουν 24.000 μετρικούς τόνους λιθίου ετησίως για τις ΗΠΑ, αρκετά για να δημιουργήσουν εγχώρια προμήθεια του σπάνιου ορυκτού.
Και θα πρέπει να είναι πολύ πιο περιβαλλοντικά βιώσιμο από την τρέχουσα εξόρυξη σκληρών πετρωμάτων.
Η γεωθερμική ενέργεια - κυριολεκτικά "θερμότητα από τη Γη" - μπορεί να είναι δύσκολο να τη δει κανείς, αλλά χάρη στο αυξανόμενο δημόσιο ενδιαφέρον και την προβολή δεν κρύβεται πια.
Ενώ οι γεωθερμικοί σταθμοί παρέχουν ενέργεια από ανανεώσιμες πηγές για περισσότερα από 100 χρόνια, πρόσφατες έρευνες και εξελίξεις έχουν δείξει ότι η γεωθερμία είναι κάτι περισσότερο από μια καθαρή πηγή ενέργειας 24/7.
Όχι μόνο για ενέργεια. Είναι επίσης για αποθήκευση και ορυκτά
«Η γεωθερμία είναι ένας τριπλός πόρος: μια πηγή ενέργειας για θέρμανση, ψύξη και ενέργεια. έναν πόρο αποθήκευσης και ένας ορυκτός πόρος», δήλωσε η Amanda Kolker, υπεύθυνη προγράμματος εργαστηρίου γεωθερμίας στο Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (NREL).
«Η ίδια η Γη έχει τη δυνατότητα να αντιμετωπίσει μια ποικιλία εμποδίων στη μετάβαση σε ένα μέλλον καθαρής ενέργειας».
Με τη δυνατότητα παροχής ηλεκτρικής ενέργειας, θέρμανσης, ψύξης και αποθήκευσης—συν τη δυνατότητα πρόσβασης σε κρίσιμα ορυκτά, δέσμευσης και δέσμευσης άνθρακα, παραγωγής πράσινου υδρογόνου και πολλά άλλα—η φυσική θερμότητα της Γης είναι ένα εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας έτοιμο να αξιοποιηθεί.
Και οι επενδυτές και οι ηγέτες τόσο του δημόσιου όσο και του ιδιωτικού τομέα προχωρούν δυναμικά με τη γεωθερμία.
Ο κυβερνήτης του Κολοράντο Jared Polis ξεκίνησε πρόσφατα την πρωτοβουλία «The Heat Beneath Our Feet» για να ενθαρρύνει την παραγωγή γεωθερμικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές στο Κολοράντο και σε άλλες δυτικές πολιτείες.
Ως μέρος αυτής της πρωτοβουλίας της Ένωσης Δυτικών Κυβερνητών, το NREL παρείχε τεχνική βοήθεια για το έργο και φιλοξένησε μια εκδήλωση στις 24 Φεβρουαρίου 2023, παρουσιάζοντας το χαρτοφυλάκιο γεωθερμικής έρευνας του εργαστηρίου σε περισσότερους από 50 ηγέτες που παρευρέθηκαν.
Από τη βελτίωση της αναγνώρισης γεωθερμικών πόρων έως την προώθηση τεχνικών γεώτρησης έως την επέκταση των αναδυόμενων τεχνολογιών, οι ερευνητές στο NREL αποκαλύπτουν πώς η γεωθερμία μπορεί «να χρησιμοποιήσει τον πλανήτη για να σώσει τον πλανήτη».
Θερμότητα σε μόλις 3 μέτρα υπόγεια
«Η ίδια η Γη είναι μια ανανεώσιμη πηγή ενέργειας», είπε ο Κόλκερ.
«Η θερμότητα της γης είναι πάντα διαθέσιμη, δεν φεύγει όταν δύει ο ήλιος.
Μπορεί να παίξει μεγάλο ρόλο στην ενεργειακή μετάβαση παρέχοντας αξιόπιστη, καθαρή ενέργεια 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα, και μπορεί να κάνει πολύ περισσότερα από όσα πιστεύουν οι άνθρωποι».
Αν ταξιδεύατε στο κέντρο της Γης, θα διαπιστώσατε ότι είναι τόσο ζεστό όσο η επιφάνεια του ήλιου.
Ευτυχώς, δεν χρειάζεται να φτάσουμε σε αυτές τις θερμοκρασίες των 4.982° Κελσίου για να αξιοποιήσουμε τη γεωθερμική ενέργεια.
Οι γεωθερμικοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής μπορούν να απορρίπτουν θερμοκρασίες που κυμαίνονται από μόλις 250° έως 371° Κελσίου.
Η θερμότητα μπορεί να χρησιμοποιηθεί απευθείας από θερμοκρασίες που κυμαίνονται από 37,7° έως 148,8°Κελσίου για θέρμανση χώρων, βιομηχανικές και γεωργικές χρήσεις. και οι σταθερές 10°–15,5°Κελσίου που βρέθηκαν μόνο 3μέτρα κάτω από το έδαφος μπορούν να θερμάνουν και να ψύχουν κτίρια και κοινότητες όλων των μεγεθών.
«Δεν χρειάζεται να είναι αυτό το εκπληκτικό, δραματικό ηφαίστειο», είπε η Whitney Trainor-Guitton, ερευνήτρια γεωεπιστημών του NREL.
«Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε υπόγεια ύδατα 12,7°Κελσίου για να θερμάνουμε και να ψύξουμε τερματικούς σταθμούς λεωφορείων, πανεπιστημιουπόλεις, ακόμη και ολόκληρες πόλεις».
Οι υδροθερμικοί πόροι, οι οποίοι έχουν φυσικά όλα όσα χρειάζονται για τη μεγάλης κλίμακας γεωθερμική ενέργεια—δηλαδή θερμότητα, νερό και μονοπάτια για την κίνηση του νερού—είναι αυτό που σκέφτονται πολλοί άνθρωποι όταν σκέφτονται «γεωθερμικές».
Αυτοί οι τύποι σταθμών παραγωγής ενέργειας παρέχουν καθαρή ενέργεια για περισσότερο από έναν αιώνα, αλλά μόνο ορισμένες τοποθεσίες είναι ιδανικές.
"Το να υπάρχουν και τα τρία πράγματα - νερό, θερμότητα και μονοπάτια ροής - είναι σπάνιο", δήλωσε ο Koenraad Beckers, ερευνητής των θερμικών επιστημών του NREL.
«Το βλέπετε αυτό σε μέρη όπως η Καλιφόρνια, η Νεβάδα, η Ισλανδία, η Νέα Ζηλανδία και η Ιαπωνία.
Αλλά μπορείτε να χρησιμοποιήσετε κάποιο είδος γεωθερμικής τεχνολογίας οπουδήποτε στον κόσμο και συχνά μπορείτε να φέρετε το νερό και τα μονοπάτια στην τοποθεσία».
Τώρα, οι νέες τεχνολογίες μπορούν να φέρουν στοιχεία που λείπουν σε περιοχές που δεν τα έχουν φυσικά και μπορούν να ενεργοποιήσουν τη γεωθερμία σε κοινοτική ή οικιακή κλίμακα, ανοίγοντας την πόρτα για τη γεωθερμία παντού.
Αναδυόμενες Γεωθερμικές Τεχνολογίες
…Βελτιωμένα γεωθερμικά συστήματα
Μια αναδυόμενη τεχνολογία, τα ενισχυμένα γεωθερμικά συστήματα (EGS), μπορεί να φέρει τα κομμάτια που λείπουν (νερό ή μονοπάτια μέσα από το βράχο), επιτρέποντας την παραγωγή γεωθερμικής ενέργειας σε περιοχές όπου προηγουμένως δεν ήταν διαθέσιμη.
«Το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ επενδύει πολύ στο EGS με την πρόσφατη Enhanced Geothermal Shot ως μέρος των πρωτοβουλιών Energy Earthshot, τη χρηματοδότηση νέων τοποθεσιών επίδειξης EGS και την τρέχουσα τοποθεσία επιδείξεων Utah FORGE», είπε ο Beckers.
Το NREL συμμετείχε στο EGS Collab Project, το οποίο έκανε πειράματα ένα μίλι υπόγεια στο Sanford Underground Research Facility, ένα πρώην ορυχείο χρυσού στη Νότια Ντακότα. Το EGS Collab παρέχει ένα σκαλοπάτι μεταξύ εργαστηριακών δοκιμών και εγκατάστασης EGS πλήρους κλίμακας μέσω της συνεργασίας μεταξύ εννέα εθνικών εργαστηρίων του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ, επτά πανεπιστημίων και δύο μελών του κλάδου.
…Γεωθερμία κλειστού θύλακα
Η γεωθερμία κλειστού θύλακα, γνωστή και ως προηγμένα γεωθερμικά συστήματα, είναι μια άλλη αναδυόμενη τεχνολογία για περιοχές όπου η παραδοσιακή υδροθερμική δεν υπάρχει.
Με αυτά τα συστήματα, το νερό ή άλλο ρευστό μεταφοράς θερμότητας ρέει μέσω συστημάτων σωληνώσεων που έχουν σχεδιαστεί για τη συγκεκριμένη περιοχή αντί μέσω των υπόγειων βράχων.
«Με συστήματα κλειστού θύλακα, διατηρείται το υγρό μέσα στο φρεάτιο και τους σωλήνες σας και οι σωλήνες εκτίθενται στον καυτό βράχο», είπε ο Beckers.
«Η NREL μπορεί να προσομοιώσει συστήματα EGS και κλειστού θύλακα για τη βιομηχανία και τους κυβερνητικούς εταίρους, παρέχοντας σημαντική προεπικύρωση που απαιτείται πριν γίνουν μεγάλες επενδύσεις για την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών».
…Βαθιά γεωθερμία υψηλής θερμοκρασίας
Ένα άλλο όριο για τη γεωθερμική ενέργεια διερευνάται στο έργο DEEPEN, ένα πολυεθνικό έργο που στοχεύει να ανακαλύψει πώς ένας νέος τύπος πόρου —υπερκρίσιμος ή υπερκαυτός γεωθερμικός— μπορεί να αξιοποιηθεί χρησιμοποιώντας αναδυόμενες τεχνολογίες.
Η αξιοποίηση γεωθερμικών πόρων που υπερβαίνουν το κρίσιμο σημείο του νερού (όπου το υγρό νερό και ο ατμός δεν διακρίνονται) έχει τη δυνατότητα να τροφοδοτήσει εκατομμύρια σπίτια.
Η NREL εργάζεται για την ανάπτυξη νέων μεθόδων για την εξερεύνηση και τον χαρακτηρισμό αυτών των εξαιρετικά καυτών συστημάτων και το έργο, μια συνεργασία μεταξύ διεθνών πανεπιστημίων, ινστιτούτων και εταιρειών ενέργειας, ελπίζει να αξιοποιήσει τις τεράστιες δυνατότητες.
«Η ενέργεια από ένα μόνο υπερκαυτό γεωθερμικό πηγάδι θα μπορούσε να παράγει 5-10 φορές από ό,τι παράγει ένα εμπορικό γεωθερμικό πηγάδι σήμερα», είπε ο Kolker.
«Εάν μπορούμε να βρούμε και να παράγουμε αυτά τα συστήματα, αυτό θα μπορούσε να αλλάξει το παιχνίδι».
Συμβατική γεωθερμία
Ενώ οι αναδυόμενες τεχνολογίες είναι το κλειδί για την κλιμάκωση της γεωθερμικής ενέργειας, εξακολουθούν να υπάρχουν άφθονοι πόροι που θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν χρησιμοποιώντας συμβατικές προσεγγίσεις.
Οι Ηνωμένες Πολιτείες ηγούνται σήμερα στον κόσμο στην παραγωγή γεωθερμικής ηλεκτρικής ενέργειας λόγω των φυσικών, ιδανικών γεωθερμικών συνθηκών στις δυτικές πολιτείες —που αποδεικνύεται από θερμές πηγές και θερμοπίδακες ακριβώς στην επιφάνεια.
Αλλά πώς μπορούμε να βρούμε τις περιοχές που είναι φυσικά οι πλέον κατάλληλες για τους μεγάλης κλίμακας γεωθερμικούς σταθμούς παραγωγής ενέργειας που τροφοδοτούν χιλιάδες σπίτια;
«Η NREL αναπτύσσει νέες μεθόδους μοντελοποίησης για να μας επιτρέψει να βρούμε στατιστικά τα καλύτερα μέρη για να τοποθετήσουμε γεωθερμικά πηγάδια για να έχουμε τη μεγαλύτερη επιτυχία», δήλωσε η Trainor-Guitton.
«Όταν μιλάτε για τη γεώτρηση ενός πολύ ακριβού φρέατος 10 εκατομμυρίων δολαρίων, χρειαζόμαστε εξελιγμένες μεθόδους για να κατανοήσουμε την πιθανότητα να υπάρχει ο πόρος».
Η βιομηχανία πετρελαίου και φυσικού αερίου έχει αναπτύξει παρόμοιες τεχνικές μοντελοποίησης για την εξερεύνηση τους τις τελευταίες δεκαετίες, αλλά οι συνθήκες που απαιτούνται για το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο είναι διαφορετικές από αυτές που απαιτούνται για τη γεωθερμία.
«Αυτά τα μοντέλα έχουν αναπτυχθεί καλά για το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο επειδή η πρόταση αξίας ήταν πιο προφανής. λαμπρά μυαλά πήγαν στην ανάπτυξη αυτών των τεχνικών», είπε η Trainor-Guitton.
«Η γεωθερμία βρίσκεται στον γκρεμό αυτού του γεγονότος και η NREL βρίσκεται στην πρώτη γραμμή».
Η επιστήμη δεδομένων μπορεί επίσης να βοηθήσει στη βελτίωση της αξιολόγησής μας για τους μεγάλους, αναξιοποίητους γεωθερμικούς πόρους, ενοποιώντας σύνολα δεδομένων από όλο τον κόσμο και χρησιμοποιώντας αλγόριθμους μηχανικής εκμάθησης για να αναγνωρίσουμε ποιες αποκρίσεις σε αυτά τα σύνολα δεδομένων είναι ευνοϊκές.
«Σε γενικές γραμμές, υπάρχουν πολλές εργασίες που είναι πολύ χρονοβόρες ή απαιτητικές για να τις κάνουν οι άνθρωποι μόνοι τους», δήλωσε η Nicole Taverna, επιστήμονας γεωθερμικών δεδομένων στο NREL.
«Η επιστήμη των δεδομένων μας επιτρέπει να κάνουμε το επόμενο βήμα πέρα από αυτό που είναι ικανός ο ανθρώπινος εγκέφαλος και να αναγνωρίζουμε μοτίβα που μπορεί να χάσουμε».
Γεωθερμία Παντού
Αν και μόνο ορισμένες τοποθεσίες τυχαίνει να έχουν φυσικούς, ιδανικούς γεωθερμικούς πόρους για παραγωγή ενέργειας, η γεωθερμία μπορεί να αξιοποιηθεί οπουδήποτε για θερμική (θερμική) ενέργεια.
«Οπουδήποτε στη χώρα, αν κάνετε διάτρηση, γίνεται όλο και πιο ζεστή με κάθε μίλι που πηγαίνετε πιο βαθιά», είπε ο Beckers.
«Στις δυτικές Ηνωμένες Πολιτείες, αυτή η θερμοκρασία αυξάνεται γρήγορα: Αν τρυπήσετε μόλις 1-2 μίλια βαθιά, έχετε θερμοκρασίες αρκετά ζεστές για ηλεκτρισμό.
Για να επιτύχετε αυτές τις θερμοκρασίες στις ανατολικές πολιτείες, μπορεί να χρειαστεί να τρυπήσετε μίλια και μίλια κάτω, αλλά μπορείτε να χρησιμοποιήσετε χαμηλότερες θερμοκρασίες για να θερμάνετε ή να ψύξετε απευθείας πανεπιστημιουπόλεις, γειτονιές, ακόμη και πόλεις».
Ενώ η εύρεση της τέλειας τοποθεσίας για μια μονάδα γεωθερμικής ενέργειας μπορεί να πάρει χρόνο, η αξιοποίηση των πόρων για θέρμανση και ψύξη μπορεί να είναι τόσο απλή όσο η εκσκαφή ενός υπογείου, χάρη στις σύγχρονες τεχνολογίες αντλιών θερμότητας. 
"Σε μόλις 10 πόδια κάτω από την επιφάνεια, η θερμοκρασία παραμένει η ίδια όλο το χρόνο - περίπου 12,7°κελσίου", είπε η Kolker.
«Αυτό σημαίνει ότι το καλοκαίρι η γεωθερμική τεχνολογία μπορεί να προσφέρει ψύξη και το χειμώνα μπορεί να προσφέρει θερμότητα».
Είτε πρόκειται για θερμοκρασίες μόλις 10 πόδια κάτω είτε για θερμότητα από βαθύτερα γεωθερμικά νερά, ολόκληρες κοινότητες μπορούν να χρησιμοποιήσουν γεωθερμικά συστήματα άμεσης χρήσης –συστήματα που χρησιμοποιούν απευθείας τη γεωθερμική θερμότητα– για θέρμανση, ψύξη, ακόμη και πράγματα όπως απομάκρυνση χιονιού, ενεργειακά αποδοτικές βιομηχανικές διαδικασίες κι αλλα.
Ενώ οι περισσότερες εγκαταστάσεις γεωθερμικών αντλιών θερμότητας στις Ηνωμένες Πολιτείες είναι για μεμονωμένα κτίρια, χρησιμοποιούνται παγκοσμίως για θέρμανση και ψύξη μεγάλων δικτύων διασυνδεδεμένων κτιρίων.
«Η διεθνής συνεργασία αυξάνεται για τεχνολογίες άμεσης χρήσης», δήλωσε η Trainor-Guitton.
«Ένα νέο έργο με τη Geothermica, που ονομάζεται FLXenabler, αξιολογεί την ευελιξία που παρέχεται στις κοινότητες όταν η γεωθερμική θέρμανση και ψύξη ενσωματώνεται με άλλες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και αποθήκευση θερμικής ενέργειας».
Η κοινοπραξία FLXenabler περιλαμβάνει εκπροσώπους από τη SINTEF (Νορβηγία), την Equinor (Νορβηγία), την TU Wein (Αυστρία), το Γεωλογικό Ινστιτούτο των ΗΠΑ και τη διατομεακή έρευνα της NREL στον χαρακτηρισμό υπογείων, τη μοντελοποίηση συστημάτων ισχύος, την έρευνα κτιρίων και την αποθήκευση θερμικής ενέργειας.
«Είμαι ενθουσιασμένος για το αυξημένο ενδιαφέρον για άμεση χρήση, γιατί ιστορικά στις ΗΠΑ η εστίαση ήταν στην παραγωγή ενέργειας», είπε ο Beckers.
«Η θέρμανση και η ψύξη άμεσης χρήσης αγνοούνταν μέχρι τώρα, παρόλο που χρησιμοποιούμε πολύ θέρμανση σε αυτή τη χώρα και μπορεί να χρησιμοποιηθεί παντού».
Νέα Υόρκη
Η συνεργασία της NREL με τον Con Edison για τη μελέτη της μετάβασης του συστήματος ατμού της Νέας Υόρκης, το οποίο τροφοδοτεί το Empire State Building και λειτουργεί επί του παρόντος με φυσικό αέριο, σε γεωθερμία είναι απόδειξη του αυξημένου ενδιαφέροντος για άμεση χρήση.
Οι ερευνητές του NREL ασχολούνται με γεωτεχνικά, οικονομικά και υλικοτεχνικά ζητήματα για να κατανοήσουν τις ευκαιρίες και τις προκλήσεις της χρήσης γεωθερμικής ενέργειας για την παραγωγή ατμού στην πόλη της Νέας Υόρκης. Εάν μετατραπεί σε γεωθερμία μόνο κατά 10%, αυτό το σύστημα θα ήταν το μεγαλύτερο σύστημα γεωθερμικής τηλεθέρμανσης στις Ηνωμένες Πολιτείες.
Μείωση, Επαναχρησιμοποίηση, Ανακύκλωση… και Επαναχρησιμοποίηση
Καθώς οι ερευνητές του NREL εργάζονται για να βελτιώσουν τα μοντέλα για γεωθερμική εξερεύνηση και να επεκτείνουν τις εφαρμογές άμεσης χρήσης, τα ήδη διανοιχθέντα πηγάδια μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν για γεωθερμία στο μεταξύ.
"Η διερευνητική γεώτρηση είναι ένα τεράστιο αρχικό κόστος για τη γεωθερμική ανάπτυξη", δήλωσε ο Kolker.
«Αλλά υπάρχουν χιλιάδες πηγάδια πετρελαίου και φυσικού αερίου σε ολόκληρη τη χώρα που έχουν ήδη γεωτρηθεί, μερικά από τα οποία μπορούν είτε να επαναχρησιμοποιηθούν για γεωθερμία είτε να χρησιμοποιηθούν για συμπαραγωγή γεωθερμίας και υδρογονανθράκων».
Επί του παρόντος βρίσκονται σε εξέλιξη δύο έργα, στην Οκλαχόμα και τη Νεβάδα, για παραγωγή 1 MW ή περισσότερο από πηγάδια πετρελαίου και φυσικού αερίου.
Το ένα έργο στοχεύει να δημιουργήσει έναν οδικό χάρτη για τη «γεωθερμική συμπαραγωγή»—παραγωγή γεωθερμικής ενέργειας ταυτόχρονα με την ενεργό εξόρυξη πετρελαίου και φυσικού αερίου—ενώ το άλλο στοχεύει να επαναχρησιμοποιήσει ένα εγκαταλελειμμένο πηγάδι.
…Νέες τεχνικές διάτρησης
Και όταν τα πηγάδια δεν μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν, η επένδυση για τη διάνοιξη νέων γεωτρήσεων μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ωθήσει τα όρια και να δημιουργήσει νέες τεχνικές γεώτρησης.
Το έργο Geothermal Limitless Approach to Drilling Efficiencies (GLADE) στοχεύει να κάνει ακριβώς αυτό.
Το έργο, που χρηματοδοτείται από το Γραφείο Γεωθερμικών Τεχνολογιών του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ σε συνεργασία με την Occidental Petroleum, θα ανοίξει δύο γεωθερμικά πηγάδια υψηλής θερμοκρασίας (300°Κελσίου) βαθύτερα (έως 6.096 μέτρα) και πιο γρήγορα από τα περισσότερα υπάρχοντα πηγάδια.
Αυτό το έργο επίδειξης επιδιώκει να μειώσει τα χρονοδιαγράμματα των έργων και το κόστος για την ανάπτυξη γεωθερμικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής δημιουργώντας μια βελτίωση 25% στους ρυθμούς γεωθερμικής γεώτρησης.
Γη ως μπαταρία;
Φανταστείτε εάν, αντί να χρησιμοποιεί μια μπαταρία, η ίδια η Γη θα μπορούσε να αποθηκεύσει ενέργεια — και όχι μόνο αρκετή για το σπίτι σας: αρκετή για να παρέχει ενέργεια σε πολυοικογενειακά κτίρια, κολέγια, γειτονιές, ακόμη και ολόκληρες πόλεις.
Η γεωθερμία θα μπορούσε να είναι αυτού του είδους η «μπαταρία» μέσω της υπόγειας αποθήκευσης.
Η αποθήκευση γεωθερμικής ενέργειας είναι επίσης ελκυστική επειδή δεν υπάρχουν πολλές άλλες τεχνολογίες επί του παρόντος τη δυνατότητα αποθήκευσης μεγάλης διάρκειας.
Και εκείνα που έχουν επίσης υψηλά έξοδα ή επιπτώσεις, όπως η κατασκευή τεράστιων δεξαμενών αποθήκευσης, η προμήθεια υλικών σπάνιων γαιών όπως το λίθιο και η έλλειψη επιλογών ανακύκλωσης.
«Αλλά η ίδια η Γη είναι μια δεξαμενή αποθήκευσης», δήλωσε ο Guangdong Zhu, διευθυντής του ομίλου NREL συστημάτων θερμικής ενέργειας και εκτελεστικός διευθυντής του Heliostat Consortium for Concentrating Solar-Thermal Power.
Το υπέδαφος της Γης μπορεί να παρέχει αποθήκευση ενέργειας ως θερμική ενέργεια (θερμότητα), χημική αποθήκευση (διοξειδίου του άνθρακα - πιο γνωστή ως δέσμευση άνθρακα - και υδρογόνου και άλλων αερίων) και μηχανική αποθήκευση (με επαναχρησιμοποίηση της υποδομής σε βάθος, όπως πηγάδια, για αυτό σκοπός).
Ένα έργο της NREL, Repurposing Infrastructure for Gravity Storage using Underground Potential Energy (RIGS UP), διερευνά την εμπορική βιωσιμότητα των συστημάτων μηχανικής αποθήκευσης που βασίζονται στη βαρύτητα που χρησιμοποιούν γεωτρήσεις πετρελαίου και αερίου.
Γεωλογική αποθήκευση θερμικής ενέργειας
Το έργο που χρηματοδοτείται από το ARPA-E θα αποθηκεύει ηλεκτρική ενέργεια ως δυνητική ενέργεια σηκώνοντας ένα βάρος πολλών τόνων μέσα σε μια γεώτρηση.
Μόλις αποδειχθεί, η τεχνολογία θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί μέσα σε ανενεργά γεωθερμικά φρεάτια για μακροπρόθεσμη μηχανική αποθήκευση.
Οι ερευνητές του NREL συνεργάζονται επίσης με παλαιού τύπου εταιρείες πετρελαίου και φυσικού αερίου για να κάνουν πραγματικότητα τη γεωλογική αποθήκευση θερμικής ενέργειας.
«Μερικά συστήματα πετρωμάτων δεν είναι εξαιρετικά συστήματα αποθήκευσης, αλλά τα πεδία πετρελαίου και φυσικού αερίου είναι ιζηματογενή και έχουν καλή δυνατότητα αποθήκευσης με μεγάλους πόρους—θα μπορούσαν να αποθηκεύσουν αέριο, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να αποθηκεύσουν νερό και θερμική ενέργεια», δήλωσε ο Dayo Akindipe, υποεπιφανειακά ενεργειακά συστήματα NREL. ερευνητικός επιστήμονας.
Οι τοποθεσίες πετρελαίου και φυσικού αερίου που δεν παράγουν πλέον μπορούν να καθαριστούν και να μεταφερθούν σε μηχανική ή θερμική αποθήκευση ενέργειας – αφαιρώντας τη μόλυνση του περιβάλλοντος και μεταβαίνοντας τις θέσεις εργασίας σε αυτές τις περιοχές στην οικονομία καθαρής ενέργειας.
Οι επιστήμονες του NREL συνεργάζονται με εταιρείες πετρελαίου και φυσικού αερίου για να εντοπίσουν τοποθεσίες επίδειξης για να επιταχύνουν αυτή τη μετάβαση.
Η εξόρυξη γίνεται καλύτερη — το λίθιο
Η γεωθερμική ενέργεια έχει και άλλες εφαρμογές που σχετίζονται με τις μπαταρίες. Το αλμυρό, ζεστό νερό που θερμαίνεται υπόγεια και μεταφέρεται σε μια γεωθερμική μονάδα ηλεκτροπαραγωγής μπορεί επίσης να περιέχει σπάνια ορυκτά - όπως το λίθιο.
Το σπάνιο ορυκτό είναι απαραίτητο για επαναφορτιζόμενες μπαταρίες σε ηλεκτρικά οχήματα, βηματοδότες, κινητά τηλέφωνα και πολλά άλλα.
Και η ανάκτηση του ορυκτού από το νερό που έχει ήδη έρθει στην επιφάνεια, αντί για τις παραδοσιακές εργασίες εξόρυξης, είναι καλύτερη για τον πλανήτη.
«Καθώς μεταβαίνουμε σε ηλεκτρικά οχήματα και αποθήκευση μπαταριών για ηλιακή και αιολική ενέργεια, η ανάγκη για λίθιο αυξάνεται», είπε ο Kolker.
«Η γεωθερμική ενέργεια μπορεί να είναι σε θέση να βοηθήσει με βιώσιμο τρόπο».
Μόνο το 1% του λιθίου που χρησιμοποιείται στις Ηνωμένες Πολιτείες προέρχεται επί του παρόντος από εγχώριες πηγές.
Μια ανάλυση NREL που επικεντρώθηκε στο λίθιο διαπίστωσε ότι είναι οικονομικά εφικτό για τις γεωθερμικές άλμη να αποδίδουν περίπου 24.000 μετρικούς τόνους λιθίου ετησίως, αρκετά για να δημιουργηθεί ένας ασφαλής, εγχώριος εφοδιασμός του σπάνιου ορυκτού.
Μια περιοχή ειδικότερα, το Salton Sea της Καλιφόρνια, έχει τεράστιες δυνατότητες τόσο για γεωθερμική ενέργεια όσο και για δέσμευση ορυκτών μέσω τεχνολογιών άμεσης εξόρυξης.
«Πρόσφατες εργαστηριακές μελέτες δείχνουν ότι η άμεση εξόρυξη λιθίου, μια σχετικά νέα τεχνική, μπορεί να είναι πιο βιώσιμη για τον πλανήτη από τις τρέχουσες τεχνικές εξόρυξης σκληρών πετρωμάτων ή λιμνών εξάτμισης όταν εξετάζουμε τη χρήση γης, τη χρήση νερού και την ένταση άνθρακα των εργασιών», είπε ο Kolker. .
Η μελλοντική έρευνα λιθίου στοχεύει στην προώθηση της ανάπτυξης μιας εγχώριας αλυσίδας εφοδιασμού λιθίου μέσω της εξόρυξης από γεωθερμικές άλμης.
24/7 βασικό φορτίο για αιολική και ηλιακή ενέργεια
Στο σπριντ προς τη μετάβαση από τα ορυκτά καύσιμα, η γεωθερμία είναι έτοιμη να βοηθήσει τις διαλείπουσες τεχνολογίες ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, όπως η ηλιακή και ο άνεμος, παρέχοντας ένα βασικό φορτίο όταν ο ήλιος δεν λάμπει και ο άνεμος δεν φυσάει.
«Όσο είστε στη Γη, υπάρχει γεωθερμία—24 ώρες το 24ωρο είπε ο Ακιντίπε.
Και όταν συνδυάζετε τη γεωθερμία με άλλες τεχνολογίες ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στην ίδια τοποθεσία, το υβριδικό αποτέλεσμα είναι συχνά καλύτερο από οποιαδήποτε τεχνολογία μόνη της.
«Συνδυάζοντας ηλιακή και γεωθερμία, μπορούμε να σχεδιάσουμε ένα σύστημα που φυσικά ενσωματώνει και εκμεταλλεύεται τις ανώτερες πτυχές και των δύο τεχνολογιών », είπε ο Zhu.
«Η ηλιακή μπορεί να αυξήσει τη θερμότητα για το γεωθερμικό σύστημα, οδηγώντας σε περισσότερη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, και το γεωθερμικό σύστημα μπορεί να αποθηκεύσει περίσσεια ενέργειας από τον ήλιο».
Οι ερευνητές του NREL είναι ειδικοί στη βελτιστοποίηση της γεω-ηλιακής ολοκλήρωσης, μεγιστοποιώντας την απόδοση των μονάδων παραγωγής ενέργειας και τις δυνατότητες αποθήκευσης για συστήματα που φιλοξενούν πρόσθετη θερμότητα από τη συγκέντρωση ηλιακών συστημάτων σε γεωθερμικές δεξαμενές.
Επιπλέον, χρησιμοποιώντας γεωθερμικούς πόρους για ισχύ όταν είναι επαρκή και υβριδικές τεχνολογίες όταν δεν είναι, οι κοινότητες μπορούν ακόμη και να δημιουργήσουν τα δικά τους μικροδίκτυα για θέρμανση, ψύξη και ισχύ.
Τέτοια μικροδίκτυα παρέχουν αξιοπιστία και ανθεκτικότητα έναντι ζητημάτων της αλυσίδας εφοδιασμού ενέργειας και ακραίων καιρικών φαινομένων.
Έχουν επίσης τη δυνατότητα να δημιουργήσουν τοπικές θέσεις εργασίας.
Το NREL βοηθά τις κοινότητες αναλύοντας τεχνολογίες γεωθερμικών μικροδικτύων ως πόρους για απομονωμένα δίκτυα.
«Σε οποιαδήποτε κλίμακα, ένα πλέγμα απανθρακοποιημένο θα είναι ένα μείγμα τεχνολογιών ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, συμπεριλαμβανομένης της γεωθερμίας», είπε η Kolker.
«Αυτό είναι το μέλλον».
Kelly MacGregor, Communications Project Manager at NREL
www.worldenergynews.gr
