Петротермальная энергетика

Один из источников энергии, который может прийти на смену исчерпаемым ресурсам нефти и природного газа, находится прямо у нас под ногами — тепло глубинных горных пород. Люди научились добывать его еще в начале 1960-х годов, но дальше экспериментальных петротермальных станций дело не движется. Прогресс тормозят не только дороговизна проектов и технологические сложности, но и негативное общественное мнение.

Ответ потревоженных недр

В 2005 году в окрестностях Базеля в Швейцарии начали бурить скважины для добычи энергии горячих гранитов. Технология требовала раздробить горные породы на глубине пять километров.

Для этого в скважину закачали под большим давлением жидкость, которая буквально разрывала граниты и делала их проницаемыми для воды. Этот метод называют гидроразрывом, его используют на нефтяных месторождениях, чтобы "взбодрить" оскудевшую скважину.

Следующие шесть дней, пока шла закачка жидкости, территория испытывала землетрясения магнитудой три и выше. Толчки ощутили местные жители. Начались протесты, и многомиллионный проект в итоге свернули.
Аналогичная ситуация сложилась в Германии — в Ландау и Унтерхахинге, где действуют геотермальные энергостанции. В 2009 году там ощущались микроземлетрясения. Но, несмотря на протесты активистов, проекты не закрыли, они функционируют до сих пор.

Энтузиазм закачали в землю

Петротермальная энергетика — одно из самых многообещающих направлений, которое, как ожидают ученые, заменит энергетику на ископаемом топливе. В отличие от нефти и угля, которые нужно не только добыть, но и перевезти, да еще и переработать, тепло Земли можно использовать напрямую. Благодаря радиоактивному распаду в ядре планеты недра нагреты до большой температуры. С этим явлением сталкиваются горняки.

На глубине три километра температура способна доходить до 150, а на десяти километрах — до трехсот градусов Цельсия. Тепло недр постоянное, оно не зависит от погоды и других внешних условий. В отличие от горячих источников, гейзеров или сухого пара, которые редко встречаются и расположены, как правило, в зонах активного вулканизма, вдалеке от потребителей, горячие горные породы есть везде на планете. Добраться до них не представляет проблемы, поскольку технологии глубокого бурения хорошо отработаны в мире.
Чтобы добыть тепло из-под земли, нужно пробурить две скважины. В одну закачивают воду (теплоноситель), которая проникает в трещины или поры горных пород на глубине и нагревается. Горячая жидкость поднимается наверх по второй скважине (эксплуатационной). Эту идею предложил еще Константин Циолковский в конце XIX века, а советский геолог Владимир Обручев подробно описал ее в повести "Тепловая шахта".

Петроэнергетика работает, даже если недра недостаточно горячи, например, их температура около 80 градусов. В таком случае используют бинарный цикл: через теплообменник тепло из скважины передается фреону или жидким углеводородам — легкокипящей жидкости. Образовавшийся пар подается на турбину, которая вырабатывает электроэнергию.

Этой технологии достаточно, чтобы навсегда обеспечить человечество энергией, утверждает в своем докладе академик Сергей Алексеенко из Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН.

Общественное мнение командует прогрессом
Первую петротермальную станцию построили во Франции в 1963 году. В 1977-м в США рядом с Лос-Аламосской лабораторией впервые применили гидроразрыв при строительстве аналогичного завода.

Сейчас в мире работают 22 петротермальные станции, большинство — в Европе. Из них 14 производят электроэнергию, остальные работают на обогрев. Только один проект, Soultz-sus-Forêts во Франции, поставляет электроэнергию в сеть.

Технология наталкивается на множество сложностей. Во-первых, глубокое бурение дорого. Оно съедает большую часть бюджета проекта. Во-вторых, гидроразрыв влечет за собой экологические последствия: от нарушения почвы и загрязнения подземных вод до искусственных землетрясений.

Постоянная циркуляция горячей минерализованной воды по скважине способствует быстрому ее зарастанию, износу оборудования. Кроме того, кристаллические горные породы содержат много примесей, нередко токсичных, легкорастворимые соли, все это оказывается в теплоносителе. Возникает проблема его утилизации, а также риск загрязнения окружающей среды.

Пока петротермальная энергетика развивается не очень активно. Эксперты отмечают, что она так и не преодолела научную стадию. Каждый завод по добыче глубинного тепла уникален и требует постоянных исследований. Против этой технологии, так же как против атомной и ветровой энергетики, захоронения углекислого газа на шельфе, выступает общественность. И все же ученые не теряют надежды и прогнозируют увеличение ее доли в общемировом производстве энергии к концу XXI века.