Vad som krävs för att frigöra potentialen med geotermisk kraft

Fyra nya pilotanläggningar finansierade av den amerikanska infrastrukturpropositionen kan hjälpa till att utöka utbudet av “bortglömda förnybara.”

Av

• Casey Crownhartarchive page

8 december 2021 Getty

Det finns tillräckligt med värme som strömmar inifrån jorden för att möta det totala globala energibehovet dubbelt. Men att utnyttja det kräver att man borrar djupt under jorden och omvandlar den värmen till en användbar form av energi. Det är svårt och dyrt, vilket är anledningen till att geotermisk kraft – ibland kallad den bortglömda förnybara – endast utgör cirka 0,3 % av elproduktionen i världen.

Nu får det dock ett uppsving. Den nyligen antagna amerikanska infrastrukturpropositionen avsatte 84 miljoner dollar för Department of Energy för att bygga fyra demonstrationsanläggningar för att testa förbättrade geotermiska system, en experimentell form av tekniken.

Finansieringen är bara en liten bråkdel av DOE:s anslag på 62 miljarder dollar i infrastrukturnotan, som också inkluderar pengar för att bygga fler långdistansledningar, stärka leveranskedjan för batterier och hjälpa kärnkraftverk att hålla sig flytande. Men geotermiska forskare säger att även dessa begränsade medel skulle kunna hjälpa till att övergå förstärkta geotermiska system (EGS) till kommersiell användning.

Relaterad historia

Bill Gates har lagt till en geotermisk start till sin renenergifonds första satsningar. 1 miljard dollar Breakthrough Energy Ventures-fonden öser också pengar till geotermisk värme, nätlagring, biobränslen och mer.

“Geothermal är verkligen redo för bästa sändningstid”, säger Tim Latimer, grundare och VD för EGS-startupen Fervo.

Geothermals överklagande handlar om konsekvens: medan elproduktionen från vind- och solkraftverk varierar med vädret och tid på dygnet är geotermisk energi alltid på, vilket ger en stabil elkälla.

“Det är verkligen den enda förnybara basbelastningen”, säger Jody Robins, geotermisk ingenjör vid National Renewable Energy Laboratory. Kärnkraft (som är kolfri men inte förnybar) kan fylla en liknande roll, även om kostnader, problem med avfall och allmänhetens uppfattning har begränsat dess utbyggnad.

Moderna geotermiska kraftverk har funnits i USA sedan 1970-talet. Dessa anläggningar pumpar vanligtvis varmvatten eller ånga från underjorden upp till ytan för att flytta en turbin och generera elektricitet. Sedan pumpas vattnet tillbaka ner för att hålla trycket under jorden, så att processen kan fortsätta.

Prime geotermiska platser delar vissa egenskaper: värme, sten med sprickor i den och vatten, allt nära varandra och inom ett par miles från ytan. Men vid det här laget har de mest tillgängliga geotermiska resurserna – i USA är de till stor del koncentrerade till väst – utnyttjats. Även om forskare tror att det finns många fler potentiella webbplatser att hitta, är det svårt att ta reda på var de är. Och i större delen av östra USA och många andra platser runt om i världen är stenen under jorden inte rätt typ för traditionella växter att fungera, eller så finns inte vattnet där.

Vissa forskare och startups försöker expandera geotermisk värme till nya platser. Med EGS försöker de konstruera vad som finns under jorden genom att pumpa ner vätska i ogenomtränglig sten för att tvinga upp sprickor. Detta skapar utrymme där vattnet är fritt att röra sig och värmas upp, vilket producerar den ånga som behövs för kraft. Processen har potential att utlösa jordbävningar, vilket tidiga projekt i Sydkorea och Schweiz har visat. EGS liknar dock fracking, som är utbrett över hela USA, och riskerna är sannolikt hanterbara på de flesta ställen, säger Robins.

Det här tillvägagångssättet kan expandera geotermisk värme till platser som inte har grundvatten eller bergarter som behövs för traditionella växter.

Ändå kommer det inte att vara lätt att nå dessa resurser. Kommersiell borrning går vanligtvis inte mycket djupare än sju kilometer (fyra mil) – av kostnadsskäl är det ofta ännu mindre än så – och många platser som kan dra nytta av geotermisk värme är inte tillräckligt varma på det djupet för att nå 150 °C behövs för att generera el ekonomiskt. Att nå tillräckliga temperaturer kan innebära att man går djupare, vilket skulle kräva nya tekniker och teknologier som tål hög värme och tryck.

Courtyard Technologies Office

Fervo arbetar ut några av dessa detaljer i sina egna projekt, inklusive ett som meddelades tidigare i år med Google för att installera geotermisk kapacitet nära företagets datacenter i Nevada. Den har också nyligen engagerat sig i ett DOE-projekt i centrala Utah, kallat FORGE (Frontier Observatory for Research in Geothermal Energy).

Akademiska forskare och industriforskare på FORGE försöker hitta de bästa metoderna för att distribuera EGS, inklusive borrning och reservoarunderhåll. Platsen valdes för att dess geologi är ganska representativ för platser där andra EGS-anläggningar kan byggas i USA, säger Lauren Boyd, EGS Program Manager på DOE:s geotermiska teknologikontor.

Med den nya finansieringen från infrastrukturpropositionen kommer DOE att finansiera ytterligare fyra demonstrationsplatser. Det kommer att vidga vad forskare förstår om att sätta upp EGS-anläggningar, eftersom de kommer att kunna arbeta på olika platser och med olika typer av stenar. Minst en anläggning kommer att byggas i östra USA, där geotermisk värme är mindre vanligt.

Men tekniska barriärer är inte allt som har bromsat utvecklingen av geotermisk kraft, säger Susan Hamm, chef för DOE:s Geothermal Teknikkontor. Att bygga en geotermisk anläggning kan ta upp till ett decennium på grund av alla tillstånd som är inblandade. Att effektivisera detta pappersarbete kan nästan halvera den tiden och fördubbla den beräknade geotermiska kapaciteten till 2050.