Geotermia bez wody? Polscy naukowcy opracowują rozwiązanie

• Naukowcy z AGH pracują nad technologią wspomaganych systemów geotermalnych.
• Medium transportującym energię z wnętrza ziemi może być dwutlenek węgla.
• Jego wykorzystanie ma szansę nie tylko umożliwić produkcję energii, ale też ograniczyć stężenie tego gazu w atmosferze. 

Głównymi parametrami geotermalnych odwiertów, które wykorzystujemy w Polsce, są temperatura wody, jej mineralizacja i wydajność otworu, czyli ilość wody, jaką można pobrać z niego w danym czasie. W przypadku niekonwencjonalnej geotermii, jak systemy wspomagane EGS (ang. Enhanced Geothermal Systems) – klasyczne podejście przestaje mieć sens, bo otwory wcale nie muszą dowiercać się do złóż wody. Zamiast niej, jako nośnik energii można wykorzystywać na przykład dwutlenek węgla. 

CO₂ jako medium robocze

W jednym z projektów realizowanych przez konsorcjum pod przewodnictwem Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie rozwijana jest technologia wspomaganych systemów geotermalnych, wykorzystujących jako medium robocze nadkrytyczny dwutlenek węgla. Projekt EnerGizerS to współpraca krakowskiej uczelni z norweskimi i polskimi naukowcami. Ma się przyczynić do budowania neutralnych dla klimatu systemów energetycznych. W jaki sposób wykorzystanie dwutlenku węgla w geotermii ma się do tego przyczynić?

Pomysł można wytłumaczyć w kilku zdaniach: wychwytujemy dwutlenek węgla z atmosfery, zatłaczamy go pod ziemię, gdzie odbiera energię od gorących skał i transportujemy go z powrotem na powierzchnię, tam możemy wykorzystać go do produkcji prądu czy ciepła systemowego. Dodatkowym bonusem jest magazynowanie CO₂ – część zatłaczanego gazu zostaje pod ziemią. Dzięki temu nie tylko produkujemy ekologiczną energię, ale także pozbywamy się gazów cieplarnianych z atmosfery. 

„Wiercimy dwa otwory i szczelinujemy skałę zbiornikową pomiędzy nimi, wprowadzając tam medium robocze. Nośnikiem energii na powierzchni w projekcie EnerGizerS jest dwutlenek węgla, którego z jednej strony chcemy się pozbyć z atmosfery, a z drugiej jest świetnym nośnikiem energii. Część CO₂ będzie zostawać w złożu, czyli będzie sekwestrowana” – ideę projektu tłumaczy GLOBENERGII profesor Anna Sowiżdżał z AGH. Dodaje również, że pozyskana energia ma być wykorzystywana na przykład do produkcji energii elektrycznej w systemach ORC, lub do skojarzonej produkcji energii elektrycznej i ciepła – w systemach kogeneracyjnych.

Nowe technologie – nowe wyzwania

Chociaż ideę CO₂-EGS można wyjaśnić w kilku słowach, to wprowadzenie jej w życie jest bardziej skomplikowane. Tworzenie nowych technologii zawsze wymaga przeprowadzenia długotrwałych i kosztownych badań, przybliżających nas do budowy instalacji pilotażowych. Geotermia z zasady pochłania duże koszty inwestycyjne – wymaga wykonania kosztownych otworów, które osiągną wystarczającą głębokość, by dosięgnąć warstw skały o odpowiednich parametrach – temperaturze, przepuszczalności, składzie chemicznym. Dodatkowo, przy alternatywnych instalacjach geotermalnych często trzeba wykonywać tak zwane szczelinowanie (wymuszanie pęknięć w górotworze, żeby umożliwić przepływ medium). W takich inwestycjach duże koszty idą w parze z dużym ryzykiem – przy tworzeniu innowacji nie ma jak oprzeć się na wiedzy poprzedników. Wszystko to sprawia, że prosty pomysł przekłada się na wyjątkowo skomplikowaną realizację.

Badania wymaga także zachowanie płynów roboczych w ekstremalnych warunkach panujących w otworze. Wysoka temperatura i ogromne ciśnienie mogą wpływać na właściwości użytego medium, a co za tym idzie na sposób eksploatacji otworów. Nie bez znaczenia są też właściwości danych pokładów skalnych – porowatość, zailenie, gęstość. One też wymagają badań. Konieczne jest więc zgromadzenie rzetelnych danych laboratoryjnych, stworzenie lub dostosowanie modeli obliczeniowych i kształcenie nowej kadry. 

„Rezultaty naszego projektu są bardzo obiecujące. Na początek będzie to wielkie wyzwanie ekonomiczne i technologiczne, jesteśmy tego świadomi, natomiast już widzimy wielkie zalety  z połączenia tych technologii. Mamy korzyści z produkcji energii, ale także bardzo duże profity z sekwestracji dwutlenku węgla i ten aspekt może pokazywać, że to jest dobry kierunek rozwoju” – komentuje Anna Sowiżdżał. 

Polskie perspektywy

W ramach projektu EnerGizerS badany jest potencjał EGS w Polsce. Wykorzystanie energii petrogeotermalnej, czyli zgromadzonej w suchych, często nieprzepuszczalnych lub słabo przepuszczalnych skałach, prawdopodobnie mogłyby odbywać się w Polsce w kilku obszarach. Wśród nich znajdują się Karkonosze, gdzie w skałach krystalicznych na głębokości około 4 km poniżej poziomu morza, panuje temperatura około 165 °C. Podobne temperatury można znaleźć w skałach wulkanicznych położonych 4,3 km pod Gorzowem. Trochę głębiej (5 000 m pod ziemią, w skałach osadowych) w okolicach Szczecina i na Górnym Śląsku można znaleźć temperatury 150-170 °C. Nawet do 195 °C osiągają pokłady skał osadowych na głębokości 6,5 km pod Łodzią.

„Rezultatem naszych badań jest także wskazanie stref perspektywicznych. Zdecydowanie możemy powiedzieć, że w Polsce rejon Gorzowa, czy rejon Polski centralnej to bardzo ciekawe obszary dla tych instalacji, ale nie tylko one. Współpraca z partnerami norweskimi pozwala nam typować również rejony w Norwegii. Bardzo ciekawe rezultaty naszej pracy to wskazanie rejonów morskich” – mówi badaczka z AGH. 

5 marca odbyła się konferencja końcowa projektu. Badacze zaprezentowali wyniki prac, omówili zdobyte doświadczenie i przedstawili wnioski z przeprowadzonych badań. 

„Nasz projekt, który realizowany jest przy dofinansowaniu z Funduszy Norweskich za pośrednictwem Narodowego Centrum Badań i Rozwoju, ma na celu przybliżenie nas do nowej innowacyjnej technologii wykorzystania energii geotermalnej. Wszelkie wyniki dostępne są na stronie internetowej projektu EnerGizerS. Zapraszam państwa do kontaktu i zaglądania na naszą stronę internetową (http://www.energizers.agh.edu.pl)!” – podsumowuje Anna Sowiżdżał,  kierowniczka projektu. 

Więcej na temat wspomaganych systemów geotermalnych dowiesz się z odcinka na naszym kanale: