A talpunk alatt szinte korlátlan energiaforrás található, de míg néhány szerencsés földrajzi tájon a geotermikus energia közel van a felszínhez, a világ többi részén sokkal mélyebbre kell leásni érte. A kihívás a gyakorlat szintjén az, hogyan lehet elég mélyre jutni a Föld belsejében.
A tűz és jég országa
A témába magát mélyrehatóan beleásó BBC azt írja, a több mint 200 vulkánt és több tucat természetes hőforrást magáénak tudó Izlandon nem nehéz kiaknázni a földhő kínálta energiát. A tűz és jég országaként jellemzett államot rengeteg gejzír lepi el, ezeket a földkéreg alatti geotermikus hő melegíti fel, mely szinte korlátlan energiakészletet tartogat.
Olyannyira kiforrott ez a rendszer Izlandon, hogy lakóházainak 85 százalékát fűti geotermikus energiával, miközben az észak-európai ország elektromos áramának 25 százaléka olyan erőművekből származik, melyek ezt a hőt a föld alatt hasznosítják.
A Föld olyan óriási mennyiségű energiát bocsát ki, hogy
az űrbe kiáramló hő elegendő lenne a világ teljes energiaszükségletének kielégítésére, méghozzá sokszorosan.
Jelenleg a világon csupán 32 országban működik geotermikus erőmű. A világon kevesebb mint 700 ilyen erőmű található, amelyek körülbelül 97 Terawattóra (TWh) villamosenergiát termeltek 2023-ban. Ez kevesebb mint fele a csak napenergiával az Egyesült Államokban megtermelt áram mennyiségének, és messze elmarad a geotermiának a globális energiamixhez való potenciális hozzájárulásától. Egyes becslések szerint
a geotermikus energia az évszázad közepére évente mintegy 800-1400 TWh villamos energiát és további 3300-3800 TWh éves hőmennyiséget eredményezhet.
„Maga a Föld képes leküzdeni a tiszta energia jövőjére való átállás számos akadályát” – érvelt Amanda Kolker, az egyesült államokbeli National Renewable Energy Laboratory (NREL) geotermikus programvezetője, amikor tavaly kiadott egy jelentést a geotermikus energia lehetőségeiről 2023-ban.
De nem minden ország olyan szerencsés, mint Izland, ahol a 120-240 Celsius-fok körüli melegvízforrások könnyen megközelíthetők a felszín közelében. A szigetország egyes területein a 2,5 kilométer mélységig fúrt kutak akár 350 Celsius-fok hőmérsékletet is biztosítanak. Izland fő geotermikus telephelye Reykjanes, ahol például 4,6 kilométeres mélységű kísérleti kutakat fúrtak, hogy elérjék a 600 Celsius-fokos szuperforró vizet.
A mindennapos hőkinyerés már sekélyebb kutakkal is folyik, ezek 320 Celsius-fok körüli hőmérsékletet használnak fel, hogy évente 720 Gigawattóra (GWh) villamos energiát termeljenek.
Költséghatékonyabb és gördülékenyebb megoldás kellett
Az, hogy miért nem volt eddig széles körben elterjedt a geotermikus energia,
- annak az egyik oka, hogy drága volt az előzetesen szükséges beruházás.
- A másik ok pedig az, hogy fizikailag hozzáférni is már önmagában akadályokba ütközött.
A feladat az volt, hogy jóval mélyebbre lehessen fúrni. Itt jött képbe a mélygeotermia.
A bolygónk nagy részén a földkéregben lefelé haladva a hőmérséklet átlagosan 25-30 Celsius-fokkal emelkedik kilométerenként. Kellő mélységben a víz hőmérséklete már meghaladja a 374 Celsius-fokot 220 bar feletti nyomáson (a Föld felszínén kb. 1 bar nyomás van). Itt kerül a víz egy szuperkritikusnak nevezett energiaintenzív állapotba, azaz se nem folyékony, se nem gáz halmazállapotú – minél melegebb és minél nagyobb nyomás alatt van, annál nagyobb energiával bír.
Látványos különbség, hogy az NREL szerint egyetlen szuperforró geotermikus kút ötször-tízszer annyi energiát termelhet, mint amennyit ma a kereskedelmi geotermikus kutak termelése lehetővé tesz.
A hagyományos, akár gyémánt forgófúrók meghibásodása és a bizonytalan földtani körülmények komoly akadályt gördítenek az energiakinyerés elé: a mélyfúrás tehát nem pusztán költséges, hanem időigényes procedúra is. A hidegháború idején a szovjeteknek húsz évbe telt, mire egy bő 12 kilométeres sziklán áttörtek a Kola-félszigeten, ahol a végrehajtott szuperfúrás a legmélyebb mesterséges behatolás a Föld belsejébe a mai napig.
Az NREL becslése szerint egy 1 kilométer mély kút fúrásának költsége mintegy 2 millió dollárba (786,28 millió forint) kerülhet, míg e mélységnek a négyszereséig eljutni 6–10 millió dollárt (2,36–3,93 milliárd forint) is felemészthet a jelenlegi technológiával.
A mélygeotermikus energia azonban jelentős költségmegtakarítást jelenthet a hagyományos geotermiához képest.
Mikrót ásni a földbe?
Amit még egyes jelentések is alátámasztanak, hogy az új módszer kevesebb üvegházhatásúgáz-kibocsátással biztosíthatná a települések fűtését. Ezt szem előtt tartva néhány úttörő kutató és vállalat új típusú fúrók és fúrási technikák felé fordult, hogy a valaha volt legmélyebb lyukakat fúrja – annak reményében, hogy a geotermikus energiát eljuttassák a világ olyan szegleteibe, amelyekről sosem gondolták, hogy lehetséges.
A Quaise Energy, a Massachusetts Institute of Technology (MIT) leányvállalata például 20 kilométer mély lyukakat kíván fúrni, hogy elérje az 500 Celsius-fok vagy annál is izzóbb hőmérsékletet.
Míg mások lapátot tesznek a földbe, mi most először teszünk mikrohullámú sütőt a földbe
– összegezte Matt Houde, a cég társalapítója.
Kifejtette, kollégáival milliméterhullámú irányított energianyalábokkal kísérleteznek, amelyek a legkeményebb kőzetet is elporlasztják. A mikrohullámokhoz hasonló, de magasabb frekvenciájú, nagy teljesítményű sugárzás egy kőzetszegmensre fókuszál, miközben 3000 Celsius-fokra hevül, így az megolvad és köddé válik. Ezáltal a fúráskor keletkező törmelék és súrlódás nélkül képesek haladni a föld alatt, így már a mélység és a környezet sem szabhat gátat.
Az új technológia egyébiránt az MIT Plazmatudományi és Fúziós Központjának mérnöke által végzett magfúziós plazmakísérletekből nőtt ki. Paul Woskov ugyanis a girotronként ismert eszköz által generált milliméter-hullámsugarat kőzet átolvasztására kezdte el használni. Noha ezt eddig csak laboratóriumban tesztelték, a cég mégis azt állítja, hogy óránként körülbelül 3,5 méteres sebességgel képes átfúrni a sziklát. Bár ez lassú a hagyományos fúrási technikákhoz képest, de előnye, hogy közvetlenül nem hatol át a sziklán a „fúrófej”, ezért az nem kopik el, s nem kell cserélni.
A Quaise Energy jelenleg a milliméterhullám-technológia laboratóriumi tesztelésének utolsó szakaszában van, és 2025 elején megkezdené a kísérleteket terepen is.
A technológia teljes átültetése a gyakorlatba viszont még továbbra is kihívás.
Sziklamorzsolási alternatíva szlovák módra
A szlovákiai székhelyű GA Drilling eközben egy másik nagy energiájú fúrási technológiát kutat. Impulzusos plazmafúrót használnak, amely nagyon rövid, nagy energiájú elektromos kisüléseken alapul, így szétesik a kőzet anélkül, hogy megolvadna. Ezzel elkerülhető, hogy viszkózus olvadt kőzet keletkezzen, amelyet nehéz eltávolítani, és a fúrófejek további behatolását akadályozná.
„Mivel a folyamat nagyon gyors, rövid lökésekkel morzsolják szét a sziklát, nincs idő az olvadék kialakulására – így a fúrófej cseréjének szükségessége jelentősen csökken” – magyarázta Igor Kocis, a GA Drilling elnök-vezérigazgatója. Hozzáfűzte:
Öt-nyolc kilométer a jelenlegi fejlesztési programunk célkitűzése – később pedig több mint 10 kilométer. Ezek a mélységek szinte egyetemes hozzáférést biztosítanak a geotermikus energiához.
A működési elv abból áll, hogy nagyon rövid energiájú impulzusok 6000 Celsius-fokos ionizált gázzal szétőrlik az átfúrni kívánt kőzetet. Ez egy másik út, amelyet a Geothermal Energy and Geofluids (GEG) csoport által vezetett európai konzorcium kutat partnerekkel Németországban és Svájcban.
A Szlovákiában működő GA Drilling együttműködött Konstantina Vogiatzakival, az Oxfordi Egyetem mérnök docensével is, hogy a fejlett matematikát alkalmazva megvizsgálja, hogyan lehet szabályozni a szuperkritikus folyadékokat, amikor a plazmafúrással elérhető, a földi mélyrétegekben rejlő energiaforrásokat próbálják kinyerni. Vogiatzaki szerint ennek révén új távlatokat nyithatnak.
Míg egyesek más bolygókon folytatnak teszteket, addig az NREL a mesterséges intelligenciához (MI vagy AI) szakértelméhez fordult bonyolult földalatti környezetek elemzésével, hogy megtalálja a legjobb helyeket a szuperkritikus víz fúrásához és segítsen a fúrók hibáinak előrejelzésében és észlelésében. Másutt pedig már konkrétan le is fúrtak a Föld mélyébe.
Olyan kompakt, hogy elfér egy nagyvárosban is
Az Eavor geotermikus vállalat a BBC-nek elmondta, hogy idén 5 kilométer mélységet ért el két függőleges kúttal a németországi Gerestriedben. Fúrótornyaikkal a geotermikus hőt a felszínre kívánják hozni a víz keringtetésével és egy zárt hurokkal, amelyet Eavor Loopnak neveznek. Úgy működik, mint egy óriási radiátor, a hideg vizet a hurokban a föld alatt melegítik, majd visszafolyik a felszínre, ahol elektromos áram előállítására használják, és a távfűtési rendszeren keresztül a közeli otthonokba vezetik.
Az Eavor várhatóan 2025 első felében kezdi meg az energiatermelést a telephelyen – ígérte John Redfern, a cég elnök-vezérigazgatója.
Technológiánk a jövőben akár 11 kilométeres fúrást is elérhet. Úgy gondolom, hogy a következő 3-5 évben jelentős előrelépést tehetünk a szuperforró kőzet felszabadítása felé
– prognosztizálta Jeanine Vany geológus, az Eavor társalapítója. Arra is felhívta a figyelmet, hogy a mélygeotermikus energia kinyerése nem helyigényes a felszínen, így az a jövőben városok belsejébe is beilleszthetővé válhat.
Bár a karbantartás részletkérdései még okozhatnak bonyodalmat, a mélységi geotermikus energia kiaknázására irányuló törekvés új életet lehelhet az elöregedő fosszilis tüzelésű erőművekbe is, miközben számos ország vissza akarja szorítani hagyományos, szén-dioxidot kibocsátó energiaforrásaikat.
Mi a helyzet a magyar földhővel?
Az elmúlt időszakban az energiaválsággal küzdő Magyarország is felismerte – a hazai energiamix diverzifikálása mentén – a geotermikus energia fontosságát.
A Föld belsejéből kiáramló hő intenzitása európai szinten kimagasló, a kontinensen negyedik helyen állunk 1,02 gigawatt hőkapacitással
– mondta Mádlné Szőnyi Judit még tavasszal az Index kérdésére. A hidrogeológus és egyetemi professzor a Másfél fok sajtóklubján kijelentette: Magyarország nagy geotermikus potenciállal rendelkezik, ami elsősorban fűtésre és hűtésre is hasznosítható volna. Hozzátette, villamosenergia termelésére azonban már kevésbé lenne alkalmas.
A geotermikus hasznosítás valamilyen sekély vagy mély kihasználási formája szinte mindenhol lehetséges az országban
– mutatott rá az MTA doktora, aki szerint az előbbiben „rejlő óriási lehetőségek komoly szerepet játszhatnak a jövőben minden magyar település életében, ezen a téren többek közt Finnországtól tanulhatnánk nagyon sokat”. A professzor kifejtette, Magyarország távol fekszik az intenzív magmás tevékenységű lemezhatároktól, ami Izlandot a geotermikus energia fellegvárává teszi. Bár a szigetország is csak a tizedik a geotermikus áramfejlesztésben kiemelkedő országok között.
A szakértő elmondása szerint a teljes hazai hőenergia-termelésnek még csak 6,6 százaléka származik geotermikus energiából. Ez a MEKH 2022-es adatai szerint 6.6 petajoule éves földhőtermelést jelent. Ahhoz, hogy 2030-ig elérjük a 12 petajoule-t, növelni kell a kiaknázást – Magyarország földtani és vízföldtani adottságai ugyanis alkalmasak erre.
Az elszabaduló energiaárak közepette sem lehetett tovább halogatni ennek a megújuló energiaforrásnak a fókuszba állítását a Kárpát-medencében. A kormány így az egész hazai energetikai ágazatot érintő programra szánta el magát,
ez várhatóan az évtized végéig összesen 16 milliárd forintnyi beruházást feltételez.
Ehhez a fúziós atomenergia több éves kutatására is támaszkodnak, ugyanis a fúziós energia is a fosszilis tüzelőanyagok egyik legígéretesebb alternatívája lehet majd.
Az állami szintű törekvésekről már megállapították, hogy a már társadalmi egyeztetésen is túlesett Nemzeti Földhő Stratégia a szakértők szerint csak cselekvési terv. Az Energiaügyi Minisztérium dokumentumába konkrét javaslat nem került be, és földhő hasznosítási koncepcióra keresztelték át azt.
A kormány egyszerre szeretne energiabiztonságot, megfizethető energiát és fenntartható energiaipart. Ebben az önellátást is segítő földhő tényleg megoldást nyújthat, de nem utolsó sorban abban is, hogy Magyarország teljesíteni tudja uniós és saját vállalásait az energetika és a klímavédelem terén. Előrelépésnek tűnik, hogy Szegeden nemrég a termálvíz kinyerése során keletkező, és szennyező diffúz gázok hasznosítására nyertek pénzt, kétmilliárd forintos összköltségű program keretében.