Як геотермальні станції врятують світ

Теплого сонячного серпня 79 року стародавні римляни мирно гуляли містом, де храми та ринки чергувалися з борделями та громадськими туалетними ямами. Містечко Помпеї було одним із кількох поселень, розташованих на родючій землі біля підніжжя велетенської гори.

Протягом наступної доби мешканці Помпеїв зрозуміють, що велетенська гора Везувій насправді — вулкан, але буде вже запізно. Майже за 20 століть по тому науковці стверджуватимуть, що Везувій вивергнув понад мільярд кубічних метрів магми. Разом із магмою в атмосферу вийшли хмари розпечених газів, тож люди на вулиці буквально зварилися заживо, а тих, хто лишився вдома, спіткала довга й болісна смерть.

Завдяки цій історії людство зрозуміло, що велетенська сила існує не тільки в космосі, а й у зовсім протилежному напрямку — в надрах Землі. Навіть якщо ви не фахівець із сейсмології, все одно уявляєте, що глибоко під землею гаряче. Дуже гаряче. Подейкують, що там приблизно 6 тисяч °C.

Втім, якщо виверження тисяч вулканів, землетруси та зсуви земної кори не переконали вас у колосальній потужності внутрішньої енергії Землі — спробуйте практичніший підхід. У надрах Землі триває постійний радіоактивний розпад, що утворює навкруги теплове поле. Сам розпад спричиняють три елементи: уран, торій та радіоактивний калій.

Звичайно, гаряча вода — не єдине, що ми можемо взяти з надр Землі. Якщо вас справді хвилює етика підземних хробаків, про яких ми розповідали — встановіть собі на дачу сонячні колектори та насолоджуйтеся життям. Усіх інших ласкаво просимо до світу геотермальної енергетики. Вона — один з елементів енергетики майбутнього.

Енергетика майбутнього

Її суть полягає у тому, що світ рухається в бік децентралізації й автономного використання електроенергії. Проблема одного постачальника гарячої води чи електроенергії зникне завдяки самостійним домогосподарствам. Себто модель взаємодії стане зворотною сьогоднішній — самостійні домогосподарства продаватимуть надлишок енергії державі, що майже унеможливить монополізацію ринку. Сонячні панелі й невеличкі вітряки дають змогу будь-якому власнику приватного будинку не пускати на поріг не лише свідків Єгови, а й комунальників, що постійно перевіряють показники лічильників.

Поміж альтернативних джерел енергії геотермальна енергетика є однією з найперспективніших галузей. Простіше кажучи, це експлуатація енергії тепла, що виділяється з надр Землі. Найчастіше це тепло використовують для обігріву та задля вироблення електроенергії. Технологія досить примітивна: бурять глибоку свердловину, де потім монтується водопровід. Через нього пускають воду, яка нагрівається і виходить нагору.

Раніше вважалося, що найкращий спосіб полягає в поданні пари зі свердловини на турбіну генератора. Утім, кілька років тому австралійці відкрили новий спосіб видобутку під назвою Hot-Dry-Rock, який докорінно змінив геотермальну систему. Його суть у тому, що на аномальній території з постійною високою температурою бурять дві свердловини. У першу закачують воду, яка проходить до щілин гранітного пласта і розширює їх, паралельно нагріваючись. Через другу свердловину ця гаряча вода викачується назовні й нагріває теплообмінник, а сама рухається по колу через першу свердловину.

Тобто утворюється цикл, де підігріта Землею вода водночас дає і пару, і тепло.

Запаси тепла у надрах Землі майже невичерпні — навіть якщо ядро вистигне на 1°C, виділиться 2¹⁰²⁰ кВт/год енергії, а це у 10 тис. разів більше за всі запаси викопного палива і в мільйони разів — за річний обсяг споживання енергії на планеті.

Наразі температура самого ядра близько 6000°C і воно вистигає зі швидкістю 500°С на мільярд років. Як ми знаємо, вітряки взимку можуть пробити комусь голову крижаною брилою, а влітку сонячні панелі просто не здатні захопити всю вироблену Сонцем енергію. З геотермальними станціями все набагато краще — вони чхати хотіли на пору року чи освітлення, а їхній ККД сягає 80%, чого не може досягнути жодне інше альтернативне джерело енергії.

Також їм не потрібно багато місця, вони обходяться без витяжних труб, не виділяють продуктів горіння і живляться енергією автономно.

Як і всюди з ВДЕ, геотермальну станцію дуже дешево обслуговувати, але дуже дорого збудувати. Це схоже на вторинний авторинок — краще розмитнити німецьку євробляху, аніж регулярно кохатися з Daewoo Lanos на СТО. У разі, якщо матінка-Земля почне непередбачувано й агресивно рухатися, станцію доведеться надовго зупинити.

Країна на вулкані

Найважливішим процесом у геотермальній станції є фільтрація, оскільки разом із нагрітою водою з земної породи ми викачуємо токсичні елементи та горючі мінерали. Взагалі для геотермальної станції підійде майже будь-яка поверхня, навіть океан. Утім, з історії про Помпеї ви вже зрозуміли, що виграють країни, найближче розташовані до вулканів та гейзерів.

Ісландія, яка по суті лежить на одному великому вулкані, має чи не найкращі перспективи розвитку геотермальної енергетики, адже там не треба бурити глибоких свердловин. До речі, так народився відомий проект BioDome Reykjavik — система куполів із власною фауною, під якими завжди по-літньому тепло.

Забезпечують увесь цей антураж саме геотермальні станції.

А ґуґлівський холдинг Alphabet залучає десятки мільйонів доларів інвестицій на проект Dandelion, в якому геотермальні станції обігріватимуть звичайні житлові споруди. Влітку вони охолоджуватимуть будинки, а взимку — нагріватимуть. Наразі подібне устаткування для приватного будинку коштує майже 5.000$.

Якщо ви, перебуваючи у транспорті, звертаєте увагу не лише на дорогі автівки навколо, а ще й на електрокари — ви точно бачили надписи «zero emission» на корпусі. Враховуючи поточні загрози зміни клімату, нульова емісія (себто нульові викиди) стає водночас трендом і необхідністю.

Підприємливі науковці з Ісландії вже кілька років як запустили першу у світі електростанцію, яка споживає більше СО₂, аніж виробляє. Забезпечує таку від’ємну емісію… (та-дам!) геотермальна електростанція. Суть інновації у запатентованих фільтрах Climeworks, з яких станція висмоктує СО₂ і відправляє на глибину разом із водою.

Там, унизу, діоксид вуглецю вступає в реакцію з породою і перетворюється на твердий мінерал — карбонат. У світі ВДЕ стало модним давати й виконувати обіцянки до знакового 2025 року. Ісландські інженери з цим також не зволікають — до 2025 року обіцяють надавати ритуальні послуги одній тонні СО₂ за 100 доларів.

Сьогодні, звичайно, персональна геотермальна станція звучить не менш дивно, ніж новий економічний курс України. Утім, на відміну від останнього, це — наше майбутнє. Існуватиме воно за моделлю відкритого доступу, з мінімальним бар’єром входу, і виграє той, хто запровадить найефективніше рішення для кожного будинку.

Ми ж, як громадяни, потроху входимо до зони персональної відповідальності, де самі будемо відповідати за постачання тепла й енергії до власної оселі.

І, як кажуть у нас на токарщині, зберігайте спокій та викиди діоксиду вуглецю.