هل يمكنك أن تتخيل يومًا يعمل فيه مكيف الهواء لديك بالطاقة المستمدة من أعماق الأرض؟ قد يسمح التطور الجديد الذي تقوم به شركة أمريكية بالحفر بشكل أسهل وأكثر أمانًا وأرخص من أي وقت مضى في قلب كوكبنا
بقلم يوناتان شير، زفيتا - وكالة أنباء العلوم والبيئة
وفي الأيام الأخيرة، أصبح من الصعب البقاء على قيد الحياة خارج مكيفات الهواء، حيث تغلي كرة النار في السماء الهواء. يقدم تطور جديد طريقة أرخص وأسرع من ذي قبل لمحاربة النار بالنار: إن قلب الأرض ساخن مثل الشمس التي تضرب فوقنا، ولكنه على وجه التحديد هو الذي قد يساعدنا جميعا في تشغيل مكيفات الهواء.
إن استخدام الحرارة الجوفية لتوليد البخار وتشغيل التوربينات يتيح إنتاج الطاقة النظيفة طوال ساعات اليوم. أصبح إنتاج الطاقة ذات انبعاثات الغازات الدفيئة المنخفضة، مثل الطاقة النووية أو الطاقة المتجددة، أمرًا بالغ الأهمية بسبب ارتفاع درجة الحرارة العالمية كجزء من أزمة المناخ، والتي لا يتذكرها الكثيرون منا إلا في أيام حارة بشكل خاص مثل هذه. على عكس أنواع الطاقة المتجددة الأخرى، مثل الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح، والتي تعتمد على الوقت من اليوم والطقس - فإن حرارة باطن الأرض هي مصدر ثابت وموثوق ومستمر للطاقة يمكنه تلبية احتياجات الطاقة للبشرية جمعاء. في أي ساعة وفي أي موسم لملايين السنين.
ومع ذلك، حتى وقت قريب، كانت عملية الحفر التي يمكن استخدامها للوصول إلى مصادر الطاقة الحرارية الأرضية باهظة الثمن، وبطيئة، ومعقدة للغاية: أعمق حفرة من صنع الإنسان موجودة على الأرض اليوم هي بعمق 12.2 كيلومترًا، واستغرق استكماله 20 عامًا.
تطور جديد قامت به شركة Quaise الأمريكية يستفيد من التكنولوجيا التي تم تطبيقها حتى الآن بشكل رئيسي في دراسة الطاقة الذرية (تسخين البلازما لمفاعلات الاندماج النووي)، يسعى إلى حل المشاكل الموصوفة. وهذا يعني أن السماح بالحفر على عمق 20 إلى 10 كيلومترًا، في أي نقطة على الأرض تقريبًا، في إجراء قد يستغرق 100 يوم فقط، وتكلفته أقل بما يصل إلى 10 مرات. طريق طويل على وجه الأرض. يبدو وكأنه الخيال العلمي؟
دافئة وعميقة
لفهم إمكانية استخدام الطاقة الحرارية الأرضية، ليس عليك الإبحار في مخيلتك، بل في المحيط. في النصف الثاني من القرن الماضي، بدأت دولة جزرية صغيرة الاستفادة من المياه الجوفية والمغلية المتوافرة بكثرة في أراضيها، لأغراض التدفئة وإنتاج الطاقة: أيسلندا، والتي وصلت منذ ذلك الحين إلى حالة حيث ويتم إنتاج حوالي 30 بالمائة من الكهرباء بهذه الطريقة. وحتى في الولايات المتحدة، في دول مثل كاليفورنيا ونيفادا، يتم بالفعل استخدام الطاقة الكهربائية الحرارية الأرضية. شركة أورمات تكنولوجيز إنترناشيونال، التي أسسها إسرائيليون، هناك قدرة إنتاجية تزيد عن 700 ميجاوات من الكهرباء في الولايات المتحدة الأمريكية وهي أيضًا نشطة في هذا الموضوع في دول مثل كينيا وإندونيسيا وغواتيمالا. إذا كان الأمر كذلك، فهذه الصناعة موجودة بالفعل، وقد تم إنجازها استخدامات متنوعة; ما هو تفرد التنمية المعنية؟
"يؤتي إنتاج الطاقة الحرارية الأرضية ثماره بشكل رئيسي عندما تكون المناطق الساخنة قريبة من السطح - حتى بضعة كيلومترات - فلا يتعين عليك حفر عشرة أو عشرين كيلومترا للوصول إليها"، يوضح الدكتور دانييل مادير، الباحث والعلمي. استشاري وأحد مؤسسي شركة SP Interface. وبحسب ميدار، فإن هذه عادة هي المناطق التي تقع بالقرب من الكسور الجيولوجية العميقة -مثل تلك الموجودة بين الصفائح التكتونية التي تشكل القشرة الأرضية- وهي المناطق التي تكثر فيها الزلازل والبراكين. تعد أيسلندا مثالًا جيدًا للمبدأ المعني: تقع الجزيرة على الصدع بين الصفائح التكتونية لأمريكا الشمالية وأوراسيا و يحدث ثوران بركاني كبير مرة واحدة كل 5 سنوات في المتوسط. "هذه هي الأماكن التي تكون فيها المناطق الساخنة أقرب إلى السطح، لذلك تحتاج إلى حفر أقل لإنتاج الطاقة. حوالي 40 في المئة من تكلفة بناء منشأة للطاقة الحرارية الأرضية تأتي من الحفر. كلما قمت بالحفر بشكل أعمق، أصبحت العملية أكثر تعقيدًا وأطول وأكثر تكلفة،" يشهد ميدار.
وعلى النقيض من هذه الأماكن الفريدة، في معظم مناطق الأرض، فمن أجل الوصول إلى الطبقات المطلوبة لإنتاج الطاقة الحرارية الأرضية بكمية عالية – لا بد من الحفر إلى عمق 20-10 كيلومترا. في هذه الأعماق، التدريبات التقليدية تبلى بسرعة بسبب الصخور الساخنة والصلبة التي يتلامسون معها. وفقًا لكارلوس أركا، الرئيس التنفيذي لشركة Quaise التي تطور الجيروترون - يتم إهدار ما يقرب من 90 بالمائة من وقت الحفر على عمق أكثر من 5 كيلومترات في إجراءات رفع لقمة الحفر البالية من أسفل ثقب الحفر، لتحل محلها. عليه وخفضه مرة أخرى إلى أسفل الحفرة. ومن ناحية أخرى، فإن الجيروترون لا يبلى: فهو لا يتلامس مع الصخر ولكنه ينتج إشعاعًا يبخر الصخر نفسه، وبالتالي يمكنه العمل بشكل مستمر. إن تقليل هذه الأوقات والتكاليف قد يؤدي إلى خفض سعر الكهرباء الحرارية الأرضية إلى سعر رخيص مثل سعر الكهرباء الشمسية (التي تنشأ من إشعاع الشمس).
بالإضافة إلى ذلك فإن الحفر بالوسائل التقليدية يتطلب حقن طين خاص يحافظ على الضغط داخل الحفرة ويمنعها من الانهيار. ولكن عند درجات الحرارة المرتفعة المستخدمة في الحفر بالطاقة الحرارية الأرضية، يفقد الطين سمكه وبالتالي فعاليته. ووفقا لشركة Quaise، فإن الجيروترون يحل أيضا المشكلة الموصوفة: يصدر الجهاز إشعاعا يبخر الصخور الموجودة في المركز، لكن الجوانب تظل مستقرة.
الخطر: الزلازل
لا يتم حل المشكلات الاقتصادية أو الفنية فقط بمساعدة الجيروترون. في الرابع تعرضت مدينة بازل في سويسرا لزلزال بقوة 3.4 درجة على مقياس ريختر بسبب تجربة في إنتاج الطاقة الحرارية الأرضية، وفي عام 2013 ضرب زلزال آخر مدينة سانت غالن في البلاد بسبب مشروع مماثل. وينطبق الشيء نفسه على كوريا الجنوبية في عام 2017، عندما أدى زلزال بقوة 5.5 درجة على مقياس ريختر إلى إصابة العشرات وتسبب في أضرار بمئات الملايين من الدولارات بسبب نشاط محطة الطاقة الحرارية الأرضية. السبب الشائع لهذه الزلازل هو استخدام السوائل ذات الضغط العالي في الحفر بالقرب من الكسور الجيولوجية الموجودة. ولذلك، فبينما يرتبط استخدام الطاقة الحرارية الأرضية بخطر الزلازل، فإن التكنولوجيا الجديدة تسعى إلى حل هذه المشكلة المثيرة للقلق أيضًا.
"يقول البعض إن السبب الرئيسي لحدوث الزلازل نتيجة الحفر هو أنهم يحاولون في المقام الأول الحفر في المناطق التي توجد بها كسور تكتونية لأن هناك المناطق الساخنة تكون أقرب إلى السطح. ويوضح مدار أن هذه الأماكن معرضة للكوارث في كل ما يتعلق بالزلازل. وعلى الرغم من أن هذا لا يزال بحاجة إلى إثبات، إلا أن الشركة تدعي أن تقنيتها تجعل من الممكن الحفر بعمق حتى في الأماكن التي تكون فيها مخاطر الزلازل أقل. قد يكون هذا هو الحل للمشكلة."
أين ستحفر بعد ذلك؟
وحتى الآن، قامت الشركة، التي جمعت 40 مليون دولار وبدأت بالتطوير في مختبرات معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، بحفر ثقوب بعمق حوالي 90 سنتيمترا فقط، وفي المختبر فقط. وفي الوقت نفسه، من المقرر بالفعل تنفيذ مشروع تجريبي بعمق كيلومتر واحد، بالقرب من بركان نيوبيري في الولايات المتحدة، في السنوات القليلة المقبلة، نظرا للتشغيل الناجح للتكنولوجيا خارج المختبر.
وتتضمن القدرة على الحفر في أي مكان تقريبًا مزايا إضافية، مثل إمكانية استخدام البنية التحتية القائمة من التوربينات البخارية لإنتاج الكهرباء ونقل الكهرباء التي تنتمي حاليًا إلى محطات توليد الطاقة الملوثة. وتخطط الشركة حتى عام 2028 لإعادة تشغيل أول محطة للطاقة، والتي كانت تعتمد على الوقود الأحفوري (الفحم أو النفط أو الغاز الطبيعي)، على أساس جديد من الطاقة الحرارية الأرضية.
فهل هذا التطور الفريد، الذي يتيح إنتاج طاقة لا تنضب، في أي مكان في العالم تقريبا، باستخدام البنية التحتية القائمة ــ هو الحل الذي طال انتظاره للانبعاثات الكربونية، التي تؤدي إلى تفاقم أزمة المناخ؟ "إذا كان كل شيء سيكون ورديا كما يقولون، فمن حيث المبدأ نعم"، يقول مادار، لكنه مؤهل أيضا. "وفي الوقت نفسه، يجب علينا أيضًا الاستثمار في التقنيات الخضراء الأخرى. لسنا متأكدين على وجه اليقين من نجاح التطوير، وليس لدينا وقت نضيعه. يجب أن نعمل بكل الوسائل الممكنة لخفض انبعاثاتنا الكربونية من الآن فصاعدا".
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
