Bruk av CO2 til å utvinne geotermisk energi

Karbondioksid generert av kraftverk kan finne et nytt liv som arbeidsvæske for å hjelpe til med å gjenvinne geotermisk varme fra kilometer under jorden. Et slikt system vil ikke bare fange opp karbondioksidet og holde det ute av atmosfæren, det vil også være en kostnadseffektiv måte å bruke klimagassen til å generere ny kraft.

Varm luft: Soultz-sous-Fôrets geotermiske anlegg i Alsace, Frankrike, pumper vann inn i oppsprukket berg for å trekke ut varme og dermed generere elektrisitet. Forskere støttet av 16 millioner dollar i føderale stimuleringsmidler prøver å bevise at slike geotermiske anlegg kan generere 50 prosent mer varme ved å sykle karbondioksid under jorden i stedet.

Tilhengere av dette ennå uprøvde konseptet sikret seg en stor støtte og sårt tiltrengte penger med U.S. Department of Energys nylige tildeling på 338 millioner dollar i føderale stimuleringsmidler for forskning på geotermisk energi. Omtrent 16 millioner dollar av midlene vil bli delt av ni karbondioksid-relaterte prosjekter ledet av Lawrence Berkeley National Laboratory og andre nasjonale laboratorier, Sunnyvale, CA-basert kombinatorisk kjemifirma Symyx teknologier , og flere amerikanske universiteter.



Ideen: Karbondioksid som sykles gjennom varme områder kilometer under bakken kan effektivt bringe varme til overflaten, hvor den kan brukes til å generere elektrisitet. Sannsynligheten er at prosessen vil etterlate mye karbondioksid under jorden, og dermed ute av atmosfæren, ifølge Symyx prosjektleder og materialforsker Miroslav Petro. Du sekvestrerer CO₂ og genererer samtidig strøm fra den.

Konseptet ble først foreslått som en måte å forbedre systemer som pumper vann dypt under jorden for å bryte opp varme bergarter, deretter bringe det oppvarmede vannet opp via en andre brønn for å generere strøm, og deretter sykle vannet ned igjen. Teknologien har blitt forpurret til dags dato fordi det er så vanskelig å bryte opp stein for å komme til den geotermiske varmen og opprettholde strømmen. EUs Soultz-sous-Fôrets-prosjekt i Alsace, Frankrike, det mest avanserte slike prosjektet på verdensbasis, har tatt 20 år å nå bare 1,5 megawatt kraftproduksjon (nok til å forsyne omtrent 1500 hjem). Og prosessen har antagonisert nærliggende samfunn på grunn av de små jordskjelvene utløst av den aggressive fraktureringen som kreves.

I 2000 foreslo Los Alamos National Laboratory-fysiker Donald Brown å erstatte vann med superkritisk karbondioksid, en trykksatt form som er delvis gass, delvis væske. Superkritisk CO2 er mindre tyktflytende enn vann og bør derfor strømme mer fritt gjennom stein. Brown bemerket at en heverteffekt skulle hjelpe til med å sykle karbondioksidet, takket være tetthetsforskjellen mellom den superkritiske CO2 som pumpes ned og den varmere gassen som kommer opp, og reduserer krafttapet fra pumpevæske. I tillegg, argumenterte Brown, i stedet for å bruke dyrebare ferskvannsressurser, kan et karbondioksidbasert prosjekt binde opp tilsvarende 70 års CO2-utslipp fra et 500 megawatt kullkraftverk.

Seks år senere utførte Lawrence Berkeley-hydrogeolog Karsten Pruess den første detaljerte modelleringen av teknologien. Pruess anslått at et prosjekt som Soultz-sous-Fôrets kunne produsere omtrent 50 prosent mer varme med karbondioksid enn med vann. De fleste av de DOE-finansierte prosjektene søker å teste Pruess sin optimisme.

Det viktigste spørsmålet, ifølge Petro, er hvordan superkritisk karbondioksid vil samhandle med bergarter og mineraler. Superkritisk CO2 har også et spesielt komplekst forhold til vann. I seg selv forventes ikke superkritisk CO2 å løse opp mineraler fra bergarter - et stort problem man møter i den vannbaserte tilnærmingen. Men, sier Petro, å tilsette en brøkdel vann til superkritisk CO2 kan danne et superoppløselig surt brusvann.

Minst én utvikler søker i mellomtiden finansiering for en feltdemonstrasjon av karbondioksidbasert geotermikk. I september, Salt Lake City-basert geotermisk utvikler GreenFire Energy kunngjorde et joint venture med en liten oljeutvikler, Forbedrede oljeressurser , for å bygge et to megawatt CO2-basert demonstrasjonsanlegg nær grensen mellom Arizona og New Mexico. Selskapene foreslår å begynne å bore brønner i 2010 for å få tilgang til varm stein under et naturlig underjordisk karbondioksidreservoar. De anslår at stedet kan gi nok varme til å generere opptil 800 megawatt kraft, og i prosessen kunne absorbere mye av karbondioksidet som genereres av de seks store kullkraftverkene i regionen.

I stedet for å legge til CO2 i planene for geotermisk energi, University of Minnesotas forskningsgruppe for geofluider , en av DOEs prisvinnere, foreslår å legge til geotermisk energiutvinning til eksisterende planer for karbonfangst og -lagring. Martin Saar, geofysiker ved University of Minnesota som leder geofluidgruppen, sier at denne ordningen vil gi ytterligere verdi ut av operasjoner som allerede pumper superkritisk CO2 inn i dype saltvannsakviferer for lagring, eller inn i olje- og gassformasjoner for å akselerere produksjonen. At karbondioksid vil ta opp varme fra de omkringliggende bergartene, sier Saar, så hvorfor ikke sirkulere noe av det for å generere kraft? Dette eliminerer behovet for å sprekke steiner. Og det utnytter eksisterende utstyr og borede brønner, og reduserer dermed kostnadene for det geotermiske anlegget.

Saar forsker på hvordan superkritisk CO2 interagerer med stein, mineraler og vann. Å forstå sistnevnte er avgjørende for Minnesota-ordningen, siden karbondioksid injisert i en saltvannsakvifer vil blandes med vann. Saar sier imidlertid at det kan være et mindre problem enn det ser ut til, fordi store volumer CO2 som injiseres i en saltholdig akvifer bør skilles for å danne et distinkt lag: Superkritisk CO2 er faktisk mindre tett enn saltlaken, så i en akvifer vil den stige og basseng under cap rock.

Hvis laboratoriearbeidet bekrefter dette og andre spådommer, sier Saar, kan de teste CO2 geotermisk i feltet om så få som tre år.

gjemme seg