Учёные наконец-то нашли способ бурить достаточно глубоко, чтобы получить доступ к источнику энергии, который мог бы обеспечивать всё человечество на протяжении более 20 миллионов лет — и это при условии, что мы сможем извлекать всего 0,1% этой энергии.
Жар земного ядра — неисчерпаемый ресурс
В самом центре Земли, где расположено железо-никелевое ядро, температура достигает примерно 5200°C. Это почти в пять раз горячее, чем магма, извергаемая вулканами. Это колоссальное тепло распространяется наружу через все слои планеты вплоть до земной коры. Его источник — распад радиоактивных элементов и тепло, оставшееся после формирования Земли миллиарды лет назад. По прогнозам учёных, это ядро не остынет ещё на протяжении миллиардов лет.
Теория становится реальностью
Именно этот внутренний жар Земли можно превратить в практически неисчерпаемый источник энергии. Согласно словам Пола Воскова, старшего инженера-исследователя в области термоядерной энергетики из MIT, если бы мы могли использовать хотя бы 0,1% этой геотермальной энергии, то обеспечили бы человечество энергией на десятки миллионов лет вперёд. В интервью MIT News он рассказал о новой технологии, которая способна преодолеть барьеры при добыче геотермальной энергии. Суть метода — направленные энергетические лучи, способные разрушать и даже испарять сверхплотные породы, открывая путь к «энергетическому сокровищу».
Проблемы традиционного бурения
В отличие от солнечной и ветровой энергетики, геотермальный источник работает постоянно и не зависит от погодных условий. Однако на сегодняшний день геотермальная энергия составляет лишь 0,3% от общего мирового энергопотребления. Главная причина — сложность бурения. После отметки в 120 метров буровое оборудование начинает повреждаться от высокой температуры и давления.
Ранее уже предпринимались попытки достичь мантии Земли — слоя, лежащего под корой. Ближе всех к цели подошли советские учёные в 1989 году, пробурив Кольскую сверхглубокую скважину глубиной 12 262 метра (или 40 318 футов). Это произошло на границе с Норвегией. Однако температура там оказалась выше ожидаемой — около 180°C. Это было настолько горячо, что бурение стало невозможным. Проект закрыли, а скважина была законсервирована. При этом мантия находится на глубине более 2900 километров, так что даже эта сверхглубокая скважина едва ли по-настоящему приблизилась к ней.
Новые технологии бурения
Очевидно, требовался новый подход, способный преодолеть так называемую «коренную породу» — это древние магматические и метаморфические горные породы, расположенные под осадочным слоем, который мы видим на поверхности.
В поисках решений учёные начали ещё в 1990-х годах. Тогда военные провели успешные эксперименты по бурению при помощи лазерной энергии, которая позволяла разрушать породу в 10–100 раз быстрее, чем традиционные методы. В 2022 году стартап из Сан-Франциско — Petra — представил бурового робота Swifty, который направлял энергетические лучи на коренную породу, расплавляя и испаряя её. Этот метод называется спаллацией. После разрушения породы буровое долото могло легко проходить дальше. Но даже такая технология оказалась недостаточной, чтобы проникнуть глубоко в земную кору.
Секрет — в термоядерной технологии
Чтобы продвинуться дальше, исследователи решили использовать принципы термоядерного синтеза — процесса, при котором атомы сливаются при сверхвысоких температурах, выделяя огромную энергию. В реакторах типа токамак синтез возможен только при температурах сотни миллионов градусов. Для достижения таких условий применяется устройство под названием гиротрон. Оно создаёт электромагнитные волны в диапазоне миллиметровых волн — между микроволнами и светом.
Гиротроны изначально использовались в 1970-х годах для нагрева плазмы в реакторах. Они работают за счёт ускорения пучков электронов в магнитном поле. Современные гиротроны могут непрерывно излучать миллиметровые волны мощностью свыше 1 мегаватта. Это примерно в триллион раз эффективнее лазеров при бурении горных пород. Такой уровень мощности даёт реальную надежду на прорыв в области геотермальной энергетики.
Гипербурение: энергия будущего
В 2018 году при Массачусетском технологическом институте (MIT) была основана компания Quaise Energy, специализирующаяся на гипербурении. Она объединила традиционные буровые технологии с гиротроном. Как показали испытания, этого действительно достаточно, чтобы разрушать прочную коренную породу. При этом внутрь скважины подаётся аргон, который охлаждает оборудование и выдувает измельчённые частицы на поверхность. Это делает бурение намного эффективнее.
На недавнем открытом полевом испытании буровая установка Quaise Energy пробурила небольшую, но значимую скважину, подтвердив, что технология работает. Теперь компания планирует бурить на глубину до 20 километров (или 12,4 миль) с помощью гиротрона мощностью 1 мегаватт. Ожидается, что на это уйдёт всего около 100 дней. На такой глубине температура достигнет примерно 500°C — этого достаточно для стабильного получения геотермальной энергии.
Пол Восков, консультант компании, надеется, что этот проект станет началом полной замены ископаемых источников энергии. Вместо угля и газа, турбины существующих электростанций будут работать на чистой энергии из земных недр. Это может стать первым шагом к будущему без углеродных выбросов и эпохе энергетического изобилия для всего человечества.
