A tudósok egyszer 12 kilométert fúrtak az oroszországi Kola-félszigeten, hogy teszteljék a mérnöki munka határait. Fél évszázaddal később ezt az ultramély gondolkodásmódot valami sokkal praktikusabb dologra használják fel: a Föld hőjének mint szinte korlátlan, állandóan rendelkezésre álló energiaforrásnak a hasznosítására.
A szakértői interjúkból – kőzetmechanikai kutatókkal, fúrási innovátorokkal, egykori olajipari mérnökökkel és geotermikus erőművek tervezőivel – származó meglátásokból kiderül, hogy a 932°F (500°C) hőmérsékletű, nagynyomású kőzeteket átvágni képes technológia miért lehet az a merész megoldás, amelyre az energiaátalakításnak szüksége van.
A szél, a napenergia és az akkumulátorok gyorsan terjednek, de még mindig csak egy szeletét váltják ki a szén, az olaj és a gáz által szolgáltatott primerenergia 80 százalékának. Eközben a globális kereslet folyamatosan nő. A földköpenyben és a földkéregben folyamatosan regenerálódó geotermikus hő olyan sűrű, éjjel-nappal rendelkezésre álló erőforrást kínál, amely szén-dioxid-kibocsátás, radioaktív hulladékok és kiterjedt felszíni lábnyomok nélkül képes lenne ennek a terhelésnek a nagy részét viselni.
A Nemzetközi Megújuló Energia Ügynökség becslése szerint a technikailag hasznosítható geotermikus potenciál legalább tízszerese a világ jelenlegi villamosenergia-igényének. Feltéve, ha elég gyorsan és olcsón tudunk fúrni, hogy elérjük ezt a mennyiséget.
Minden egyes kilométer nagyjából 25-30 MPa nyomást jelent – ami ahhoz hasonlítható, mintha 250 családi autót raknánk egy négyzetméterre – és 25-30 °C hőt. A sekély kőzet törékeny üvegként viselkedik, a mélyebb rétegek pedig úgy folynak, mint a karamell, és összenyomják a fúrólyukakat.
A több ezer méter hosszú fúrószálak meghajolhatnak a súlyuk alatt, a fúrófejek napok alatt elhasználódnak, és a keringtetett „iszapnak” hűtenie kell a fúrófejet, nyitva kell tartania a kutat, és a felszínre kell juttatnia a porladt kőzetet. A hagyományos rotációs fúrótornyok, amelyek három-öt kilométeres mélységben elég erősek a kőolajhoz, tíz kilométeren túl lassulnak – ez az egyik oka annak, hogy a szovjet Kola Superdeep két évtizedig tartott, mire elkészült.
Még ha a lyuk nyitva is marad, a hőmérséklet tönkreteszi az elektronikát és az elasztomereket. A hagyományos, 175 °C-ra méretezett fúrás alatti telemetria már jóval azelőtt meghibásodik, hogy a kőzetek elérnék a 300-500 °C-os tartományt, amely a szuperhőforrások feltárását jelenti. E korlátok leküzdése a következő generációs geotermikus energia központi technikai csatája.
Ha átlépjük a 373 °C és 220 bar küszöbértéket, a befecskendezett víz szuperkritikus fázisba kerül – sem folyékony, sem gáz halmazállapotú, de mindkettőnél sokkal energiasűrűbb. Laboratóriumi munkák azt mutatják, hogy a szuperkritikus sós víz tízszeresére növelheti egy hagyományos geotermikus erőmű teljesítményét, és így sokkal kisebb kútfúrásból is nukleáris méretű energiát biztosíthat. A 932 °F (500 °C) hőmérsékletű folyadék minden egyes kilogrammja csaknem kétszer annyi entalpiát képes szállítani, mint a 200 °C-os gőz, ami csökkenti az áramlási sebességet – és így a szivattyúzási energiát -, amelyre egy adott megawatthoz szükség van.
A texasi székhelyű Quaise Energy arra fogad, hogy az elektromágneses hullámok megteszik azt, amire az edzett acél nem képes. Egy három hüvelykes fém hullámvezető akár egy megawattnyi mikrohullámú energiát juttat közvetlenül a sziklafalba, azonnal elpárologtatva a gránitot és a bazaltot. Mivel a kőzetet nem fizikai érintkezés, hanem energia töri meg, nincs szükség a fúrófejek cseréjére, így a fúrótorony napokig tartó költséges állásideje eltörlődik, és az ultramély fúrások gazdaságossága kiegyenlítődik.
A mechanikus nyomatékkorlátozás nélkül a furat leereszkedés közben szabványos acélcsővel burkolható. A Quaise a Sandia Nemzeti Laboratóriumban plazmatesztelte rendszerét, és célja, hogy 2026-ra egy 3 km-es demonstrációs kutat, majd 2030 előtt az első 100 MW-os kísérleti erőművet építsen.
A mélységi geotermikus erőművek kompaktak, csak vízgőzt bocsátanak ki, és hűtőközegüket zárt körfolyamatban újrahasznosítják. Az ipari hőhasznosításhoz már tömegesen gyártott, szabványos szerves Rankine-ciklusú turbinákkal működnek. A fejlesztők azt állítják, hogy amint az ultramély fúrások költségei csökkennek a fúrófejek helyett a hullámvezetők, a gyorsabb fúrások és a kevesebb utazás révén, a szén- és gázfúrások, és végül a nagyüzemi atommaghasadás ára alá tudnak menni.
A következő generációs geotermikus rendszerek célja, hogy elérjék a 10 km-es mélységet és az 500 °C-os hőmérsékletet, és hatalmas mennyiségű tiszta energiát termeljenek, a nap- vagy szélerőműveknél sokkal kisebb területigény mellett.
Az atomerőművek szószólói megjegyzik, hogy a gigawattos reaktorok páratlan teljesítménysűrűséget kínálnak, az új építkezéseknek azonban évtizedekig tartó engedélyeztetés, költségtúllépések és a közvélemény ellenállása áll szemben. A geotermikus akadályok közé tartozik az előre megterhelt tőke és a felszín alatti kockázat. A fúrások sikerességi arányának 90 százalék fölé kell emelkednie, és a közösség bizalmának elnyeréséhez kezelni kell az ásványi anyagok felszínre törését vagy az indukált szeizmikus mozgást. A geotermikus energiának mégis politikai előnyt jelent, hogy nincs hosszú élettartamú radioaktív hulladék, és az erőműveket a meglévő hálózati csomópontok közelében lehet elhelyezni.
Az indukált szeizmusság – a nagy volumenű hidraulikus stimuláció ismert mellékhatása – továbbra is aggodalomra ad okot. Utah és Nevada államban a szabályozó hatóságok mikroszeizmikus megfigyelést és jelzőlámpás rendszereket írnak elő, amelyek leállítják a befecskendezést, ha a rengések meghaladják az előre beállított küszöbértékeket.
A vízfogyasztás egy másik kérdés: a zárt vagy CO₂-alapú ciklusok a nyílt rendszerekhez képest nagyságrendekkel csökkenthetik a vízkivételt. A startupok kísérleteznek a sósvíz-ásványok – lítium, ritkaföldfémek, sőt hélium – kitermelésével is, hogy további bevételi forrásokat teremtsenek és ellensúlyozzák a kút költségeit.
A Quaise „még az évtized vége előtt” kereskedelmi célokat tűzött ki maga elé. A Fervo azzal számol, hogy a Utah állambeli erőmű 2026-ban léphet működésbe, és már aláírt áramvásárlási megállapodásokat a Google-lal és a PacifiCorp közüzemi szolgáltatóval. Az olasz Enel Green Power, a Chevron Technology Ventures és a japán Mitsubishi hasonló európai és ázsiai kísérleti projekteket támogat. A siker Jules Verne „Utazás a Föld középpontjába” című művét egy 21. századi ipari újrakezdéssé változtatná, amely a tiszta alapterhelési energiát olyan univerzálissá tenné, mint az olajat.