האם ניתן להמיר פחמן דו-חמצני בלתי-מנוצל לחשמל?

העיצוב של תחנת הכוח החדשה דומה לשילוב בין תחנת כוח גיאותרמית טיפוסית לבין מאיץ חלקיקים מסוג Large Hadron Collider

חוקרים מפתחים סוג חדש של תחנת כוח גיאותרמית אשר תנצל את החומר פחמן דו-חמצני הטמון בתת-הקרקע – ותשתמש בו בתור אמצעי לייעול הייצור של אנרגיה חשמלית פי עשרה בהשוואה לגישות קיימות של אנרגיה גיאותרמית.

הטכנולוגיה המיישמת את היכולת הזו כבר קיימת בתעשיות שונות, כך שהחוקרים אופטימיים שהגישה החדשה שלהם תוכל להרחיב את השימוש באנרגיה גיאותרמית בארה”ב אל מעבר למדינות האחדות המנצלות אותה כעת. צוות המחקר הציג גרסה מורחבת של הטכנולוגיה, יחד עם סרטון אנימציה ממוחשב המסביר את החשיבות של טכנולוגיות לייצור אנרגיה עבור הניהול של שינויי האקלים, במפגש של האיחוד הגיאופיזי האמריקאי בחודש דצמבר.

העיצוב של תחנת הכוח החדשה דומה לשילוב בין תחנת כוח גיאותרמית טיפוסית לבין מאיץ חלקיקים מסוג Large Hadron Collider: הוא כולל סדרות של טבעות קונצנטריות בעלות דופנות אופקיות עמוק מתחת לפני הקרקע. בתוך טבעות אלו חומרים מסוג פחמן דו-חמצני, חנקן ומים, מסתחררים בנפרד על מנת להזרים חום מהשכבות שמתחת לפני הקרקע מעלה לכיוון פני השטח, שם חום זה מנוצל להפעלת טורבינות ולייצור חשמל.

“תחנות כוח גיאותרמיות טיפוסיות ניזונות ממים חמים הנמצאים עמוק מתחת לפני הקרקע ע”י ספיגת החום הטמון במים החמים, משתמשות בו לייצור חשמל ובשלב הבא מחזירות את המים הקרים לתת-הקרקע במעמקים. בעיצוב החדש, המים מוחלפים, בחלקם, בחומר מסוג פחמן דו-חמצני או נוזל אחר – או שילובים של מספר נוזלים,” מסביר החוקר הראשי. הוא מוסיף ואומר כי פחמן דו-חמצני מוביל חום באופן יעיל יותר מאשר מים. השיטה החדשה עשויה להיות יעילה עד פי שניים משיטות קיימות, זאת לפי הדמיות מחשב.

“כאשר התחלנו לפתח את הרעיון להשתמש בפחמן דו-חמצני על מנת לייצר אנרגיה גיאותרמית, רצינו למצוא דרך להפוך את האחסון של חומר זה לחסכוני תוך כדי הרחבת הניצול של האנרגיה הגיאותרמית,” מסביר אחד מהחוקרים. “אנו מקווים כי נוכל להרחיב את השימוש באנרגיה גיאותרמית בארה”ב כך שתכלול את מרבית המדינות הנמצאות מערבית לנהר המיסיסיפי,” אומר החוקר. החוקרים מאמינים כי העיצוב החדש שלהם יוכל לאפשר לתחנות כוח גיאותרמיות לאגור אנרגיה – בשיעור של מאות ג’יגהוואט-שעות – למשך ימים ואפילו חודשים, אנרגיה שתוכל להיות זמינה לצרכנים כשאר רשת החשמל הרגילה ניצבת בפני ביקושים גבוהים מהרגיל. התצורה הגיאותרמית בתת-הקרקע תוכל לאחסן חום וגזים דחוסים (פחמן דו-חמצני וחנקן), ולשחרר את החום הזה לתחנת הכוח הנמצאת על פני הקרקע כאשר הביקוש לחשמל גבוה. התחנה גם תוכל להשהות את יניקת החום מתת-הקרקע בזמנים של ביקוש חשמל נמוך, או כאשר כבר מוזרמת לרשת החשמל אנרגיה ממקורות מתחדשים אחרים (סולארית או רוח).

“מה שהופך את הרעיון שלנו לכה מהפכני טמון בכך שאנו יכולים להוביל אנרגיה מתחדשת לצרכנים בזמן הביקוש, ולא להיות תלויים במועדים בהם הרוח נושבת או כאשר השלגים הנמסים יוצרים את זרימות המים העוצמתיות ביותר,” מסביר החוקר הראשי. במסגרת הדמיות המחשב, מערכת ברוחב של 10 מייל של טבעות קונצרטיות בעלות דופנות אופקיות הנמצאת כשלושה מייל מתחת לפני הקרקע מייצרת אנרגיה חשמלית בכמות של חצי ג’יגהוואט – כמות השווה לכמות המיוצרת ע”י תחנת כוח בגודל בינוני המופעלת בעזרת פחם – ופי עשרה מהכמות של 38 מגה-וואט המיוצרת ע”י תחנה גיאותרמית ממוצעת בארה”ב. ההדמיות הראו גם כי תחנה בעיצוב שכזה עשויה ללכוד כמות של 15 מיליוני טון של פחמן דו-חמצני מדי שנה, כמות השווה לכמות המיוצרת ע”י שלוש תחנות כוח בגודל בינוני המופעלות בעזרת פחם.

החוקרים מצפים כי השימוש בסוג אנרגיה זה יתרחב למדינות נוספות מלבד קליפורניה ונבאדה, שם המים החמים הם יחסית קרובים לפני השטח. אולם, העיצוב החדש הוא הרבה יותר יעיל הן מבחינת כושר אחסון האנרגיה והן מבחינת הזרמת החום כך שאפילו “נקודות חמות” קטנות יותר באזורים של מערב ארה”ב תוכלנה לייצר אנרגיית חשמל. מזרח ארה”ב הוא ברובו חסר אפילו נקודות חמות קטנות, כך שהייצור של אנרגיה גיאותרמית באזור זה יהיה מוגבל עדיין למספר מועט של שטחים פעילים במיוחד, למשל וירג’יניה המערבית, מציין החוקר.

נקודה נוספת שיהיה צורך להתייחס אליה – התחנה הגיאותרמית תצטרך להיות מחוברת, קרוב לוודאי, למקור שופע של פחמן דו-חמצני, למשל – תחנת כוח הפועלת על פחם ואשר פולטת את הגז הזה מארובותיה. חיבור זה יוכל להתקיים באמצעות קו צנרת, לדוגמה.

מאידך, מסביר החוקר הראשי, המחקר הראה כי עיצוב זה יוכל לעבוד באופן יעיל גם ללא פחמן דו-חמצני, ואמר כי מפעל פיילוט המבוסס על עיצוב זה שהופעל בעזרת הזרקה של חנקן בלבד, הוכיח היתכנות כלכלית. צוות המחקר עובד כרגע על הדמיות מודל ממוחשבות מפורטות יותר ועל אנליזות כלכליות מדויקות יותר עבור מערכים גיאולוגיים מוגדרים ברחבי ארה”ב.
ידיעה בנוגע למחקר