Wizyta u stomatologa, np. związana z borowaniem, jest niezbyt przyjemną czynnością. Niemiłe dla firm inżynieryjnych są z kolei głębokie odwierty. Jedno-, dwukilometrowe są stosunkowo łatwe do osiągnięcia przez licznych wykonawców, ale koszty szybko rosną wraz głębokością, bo liczba firm dysponujących niezbędną technologią i know-how gwałtownie spada. Poza tym zastosowanie tradycyjnych rozwiązań powodowało dotychczas, że do wykonania odwiertu o głębokości 5 km trzeba było kilku miesięcy pracy. Obecnie, dzięki nowym technologiom i doświadczeniu firm wykonawczych, w wielu przypadkach czas ich realizacji znacznie się skrócił, ale odwierty o głębokości kilkunastu kilometrów są nadal ogromnym wyzwaniem technologicznym i finansowym.
Naukowcy ze start-upu funkcjonującego w ramach Massachusetts Institute of Technology (MIT) w USA pozyskali fundusze na realizację przełomowego projektu: wykorzystania rozwiązań stosowanych w ramach badań nad fuzją termojądrową do wykonania odwiertów na głębokość 20 km w głąb Ziemi i biznesowego wykorzystania ciepła o temperaturze 500oC.
Dotychczas najgłębszym odwiertem wykonanym przez ludzi jest projekt międzynarodowego konsorcjum u brzegów rosyjskiej wyspy Sachalin. Ma on aż 15 km i jest efektem pracy specjalistów amerykańskich. Jego celem był dostęp do potężnych zasobów ropy naftowej i gazu ziemnego. Ta, zdawałoby się ogromna głębokość stanowi jednak zaledwie niewielkie wgłębienie w powierzchni Ziemi, której promień wynosi średnio 6700 km, a grubość samej skorupy ziemskiej, czyli pierwszej warstwy podpowierzchniowej, stanowi na lądach 30-50 km.
Startup Quaise Energy ma zamiar wykorzystać w tym celu urządzenie zwane żyrotronem, służące do podgrzewania wiązki plazmy w reaktorach termojądrowych. Dzięki temu tradycyjne wiercenie mechaniczne zostanie zastąpione miejscowym topieniem i odparowywaniem gruntu skoncentrowaną wiązką energii. Wysoka temperatura ciepła w odwiercie pozwoli, zdaniem badaczy, wykorzystać energię geotermalną do bezpośredniego zasilania generatorów w tradycyjnych elektrowniach węglowych i gazowych. Dzięki temu możliwa będzie ich dalsza eksploatacja wraz z całą istniejącą infrastrukturą energetyczną, co poprawi ekonomię całego przedsięwzięcia. Głębokość odwiertów powinna gwarantować niewyczerpalność zasobów ciepła nawet w skali przemysłowej. Autorzy rozwiązania szacują, że odwierty o głębokości 20 km, realizowane dziesięć razy szybciej od tradycyjnych, pozwolą osiągnąć zakładane cele w 90 proc. miejsc na świecie. Innym zastosowaniem głębokich odwiertów może być składowanie odpadów radioaktywnych na głębokości 2-6 km i ich przykrycie dwukilometrową warstwą stopionych skał granitowych lub bazaltowych.
Żyratrony jako emitery mikrofal są wykorzystywane od kilkudziesięciu lat. Nie stanowią więc w projekcie elementu krytycznego. Wyzwaniem jest zapewnienie ich ciągłego działania z dużą mocą oraz stabilnością, bo dostępne „na półce” urządzenia nie były projektowane do takich zastosowań. Autorzy rozwiązania przeprowadzili już próby wysadzania skał falami milimetrowymi z żyratronu w Plazmowym Centrum Nauki i Fuzji MIT. Zespół planuje zwiększać skalę kolejnych eksperymentów dziesięciokrotnie. Każdy kolejny otwór będzie więc dziesięć razy większy od poprzedniego. Kluczowa będzie możliwość pełnego odprowadzania z odwiertu oparów skalnych oraz zapewnienie jego stabilności. W tym celu zostanie wykorzystane modelowanie komputerowe, które będzie pozwalało na bieżąco korygować parametry pracy urządzeń i zapewniać stabilizację otworu dzięki ściankom wykonanym ze stopionych skał. Potencjał proponowanego rozwiązania jest na tyle duży, że zainteresowały się nim firmy realizujące specjalistyczne odwierty dla przemysłu naftowego i gazowego.
Głęboka energia geotermalna to zasób, który można zastosować praktycznie w dowolnym miejscu i ma potencjał szybkiego przekwalifikowania pracowników zaangażowanych w tradycyjnej energetyce do nowego, bezemisyjnego źródła energii. Wykorzystanie zaawansowanych technologii termojądrowych do kopania tak głębokich otworów, oprócz tego, że jest po prostu niesamowite samo w sobie, może przynieść szereg korzyści dla wykonawców. Tradycyjne wiertła mają ograniczony zasięg. Zanim wysoka temperatura (trudna do przewidzenia, ale spodziewana na głębokości poniżej 10 km wynosi co najmniej 150oC), zdolność schładzania głowicy roboczej, gigantyczne ciśnienie, ogromna masa i wytrzymałość części ruchomej uniemożliwią dalsze wiercenie. Jak dotąd samo urządzenie istnieje jako model komputerowy i laboratoryjny, jednak w 2026 roku ma stać się produktem komercyjnym.
Krzysztof Hajdrowski
