Захоронение углекислого газа совместят с геотермальной энергетикой

Американское министерство энергетики (DOE) направило средства на несколько исследовательских проектов, призванных впервые скрестить две различные технологии — захоронение парникового газа в глубоких подземных горизонтах и выработку даровой энергии за счёт геотермальных источников.

Общий принцип геотермальной электростанции прост. Прокачиваемая через глубокие горизонты вода несёт полученную энергию к турбинам. Однако вариаций технологии может быть несколько, в том числе – довольно экзотических (иллюстрация с сайта geothermal.marin.org).

Недавно министерство объявило о выделении $338 миллионов на исследования по геотермальной энергии, в том числе $16 млн — на девять проектов разработки и тестирования экзотической гибридной технологии, скрещивающей геотермальную электростанцию с комплексом захоронения CO₂. Среди получателей этих фондов — несколько университетов США, ряд американских компаний и национальных лабораторий, в частности Lawrence Berkeley National Laboratory.

Основная идея отталкивается от модифицированной версии геотермальной электростанции. Ещё в 2000 году физик Дональд Браун (Donald Brown) из лаборатории в Лос-Аламосе (LANL) предложил в таких станциях заменить воду на суперкритический углекислый газ (горячую жидкость, находящуюся под давлением и готовую в любой момент выпустить большое количество пара).

Такой состав обладает меньшей вязкостью, чем вода, и легче проникает в глубинные трещины в породе. На его прокачивание через подземные горизонты можно тратить меньше энергии, так как из-за разности плотностей более холодной жидкости, направляемой вниз, и разогретого газа, рвущегося вверх, возникнет сифонный эффект.

И главное — вместо использования драгоценной пресной воды такая станция могла бы заодно работать и как система захоронения парникового газа, ведь часть диоксида углерода в такой схеме будет постоянно захватываться в ловушку в глубинных породах.

А ведь над самым оптимальным способом захоронения CO₂ от тепловых электростанций (в свете борьбы с глобальным потеплением) учёные размышляют уже много лет, предлагая самые разные варианты — от использования водоносных слоёв и нефтяных месторождений до превращения выброса ТЭС в биотопливо и кирпичи.

В 2006-м был сделан ещё один шаг к появлению "гибрида": физик и гидрогеолог из лаборатории Лоуренса Карстен Прюсс (Karsten Pruess) провёл моделирование и посчитал, что замена H₂O на CO₂ может привести к 50-процентному увеличению мощности геотермальной станции.

Теперь эта идея должна быть проверена на практике. Например, получившая свою долю гранта гидрогеологическая исследовательская группа университета Миннесоты (Geofluids Research Group) предлагает не превращать геотермальные станции в хранилища углерода, а напротив, добавлять геотермальную энергетическую часть к уже имеющимся, разрабатываемым и строящимся комплексам по захоронению CO₂. После серии экспериментов воплощение такого замысла должно начаться в течение следующих трёх лет.

Интересно также, что некоторые американские компании продвигают аналогичные идеи и без денег от министерства. Так, GreenFire Energy совместно с Enhanced Oil Resources намерены построить на границе Аризоны и Нью-Мексико демонстрационную комбинированную станцию на 2 мегаватта, которая будет одновременно и захоранивать парниковый газ в глубинных слоях породы и получать от циркулирующего газа энергию. Бурение скважин в рамках данного проекта начнётся уже в 2010 году. Партнёры утверждают, что выбранная площадка теоретически позволит получать из-под земли до 800 мегаватт и захоранивать углекислоту сразу от нескольких угольных электростанций.

Во всех случаях учёным ещё предстоит уточнить, как жидкий углекислый газ будет взаимодействовать с теми или иными породами и что именно случится с подземными горизонтами, когда в них начнут закачивать большие массы углекислого газа, не начнётся ли растворение скал.

Дело в том, что при попадании в такую жидкость воды образуется весьма активная "содовая". Мартин Саар (Martin Saar), глава Geofluids Research Group, впрочем, считает, что опасность преувеличена: суперкритический CO₂ имеет меньшую плотность, чем водяной рассол, и потому будет подниматься вверх, скапливаясь над водой — под "крышками" скальных полостей.