Jeotermalin potansiyel geleceği süper sıcak kaya

IDDP sahasında sondaj kulesi (kaynak: IDDP/ HS Orka)

Merve Uytun 21 Eki 2021

Dünyanın yaklaşık yüzde 99’u 1000 santigrat derecenin üzerinde bir sıcaklığa sahiptir. Isı, dünyanın kökeninden ve radyoaktif maddelerin ayrışmasından kalan artık ısıdır. Yenilenebilir, CO2 içermeyen ve kararlı enerjiye dönüştürülebilir. Ve ne kadar derine inersek, kazanılacak o kadar çok şey var. Norveçli araştırmacılar ve teknoloji uzmanları başarılı olma yarışında olduğu; teknoloji, doğa bilimleri ve sosyal bilimlerde uluslararası alanda lider uzmanlığa sahip Norveç multidisipliner araştırma enstitüsü SINTEF tarafından paylaşılan bir makalede anlatılıyor.

“Var olan jeotermal ısının sadece küçük bir kısmını çıkarmayı başarırsak, tüm dünyayı enerji ile beslemek yeterli olacaktır. Temiz ve güvenli enerji”, diyor SINTEF araştırmacısı Hieu Nguyen Hoang. Bugün İzlanda’daki enerji sisteminin önemli bir parçası olarak jeotermal ısı kullanan ülkelerden biri. Volkanik aktivitesi ile, burada jeotermal ısıyı çıkarmak için koşullar iyi bir şekilde bulunmaktadır. İzlanda, jeotermal enerjiden elektrik üretiminde en büyük paya sahip dünya ülkesidir.

Ancak bilim adamları ve teknoloji uzmanları, potansiyelin dünyanın diğer bölgeleri için de harika olduğuna inanıyor. En büyük potansiyel, sıvı mantoya mümkün olduğunca yakın olan jeotermal ısıyı çıkarmayı başarırsak.

Her kilometrede, dünyanın çekirdeğine doğru içe doğru hareket edersiniz, sıcaklık yükselir. SINTEF’teki araştırmacı ve proje yöneticisi, çekirdeğin en iç kısmında 5.000 santigrat dereceye ulaştığını söylüyor. Şimdi “yanan hedefe” bir adım daha yaklaştılar.

Petrol endüstrisinin deneyimlerinden yararlanmak

Norveç Equinor’un yanı sıra çeşitli ülkelerden araştırmacılarla birlikte, o ve meslektaşları, karada bundan faydalanabilmemiz için aşırı sıcaklığa dayanacak iyi bir teknoloji geliştirdiler. Projenin adı HotCase.

Derinlerden ısıyı yükseltmenin ön koşulu, rezervuardaki suyun kuyuya ve yüzeye kadar akabilmesidir. Sturla Sæther, Equinor’da, bu nedenle nispeten gözenekli ve suyun oluşum içinde hareket etmesi için yeterli doğal çatlaklara sahip oluşumlarda çalışıyoruz, diye açıklıyor.

Projede amaç, hem yüksek sıcaklıklara hem de gözenekli jeolojik oluşumlara dayanabilen ve dolayısıyla hareket edebilen iyi bir tasarım oluşturmak olmuştur. Araştırma ekibinde bu açık. Petrol endüstrisinden jeotermal endüstrisine teknoloji transferi, başarı için önemli bir ön koşul olmuştur.

– Bu yapı zorlu çevreye dayanmazsa, birkaç şey olabilir: Ekipman paslanabilir, çeliği yiyip muhafaza borusunun gücünü zayıflatan hidrojenle çalışan bir işleme maruz kalabilir. En kötü durumda, tüm kuyu çökebilir.

– İzlanda’daki IDDP-2 projesinde de merkezi olan Sturla Sæther, İzlanda kuyusu IDDP 2’nin (İzlanda Derin Sondaj Projesi – 2), Hot Case’deki önemli hesaplamaların temelini oluşturan verileri toplamak için kullanıldığını söylüyor. Burada amaç, derin ve aşırı sıcak jeotermal rezervuarların üretkenliği hakkında daha fazla bilgi edinmek olmuştur.

Ancak HotCase, bize CCS (Karbon Yakalama ve Depolama) adı verilen alt toprakta CO2’nin güvenli bir şekilde depolanmasını sağlama çalışmasına da katkıda bulunabilir:

– Bu tür depolama, rezervuarın gelecekte de tamamen sızdırmaz olmasını gerektirir. Hiçbir şey sızamaz. Bu nedenle HotCase’de oluşturulan bilgi, dünya CCS ile başladığında önemli olacaktır. SINTEF araştırmacısı Hoang, bunun iklim hedeflerine ulaşmak için gerekli olduğunu biliyoruz.

Yüksek yatırımlar – büyük potansiyel

Jeotermal ısının çıkarılması, kuyuların araştırılması, haritalanması ve sondajı açısından pahalıdır. Ancak başarılı olursa, jeotermal ısıdan üretilen elektrik güneş ve rüzgara kıyasla karlı bir alternatif olabilir.

Süper kritik su denilen şeyi içeren rezervuarlara sondaj yapmayı başarırsak, jeotermal enerjinin maliyeti daha da düşük olabilir. IDDP projesinin amacı da tam olarak budur. Bu, suyun çok sıcak olduğu ve yüksek basınç altında olduğu ve aşırı ısıtılmış buhar olarak yüzeye çıkacağı bir fazdaki sudur. Ve amaç tam olarak budur:

“Süper kritik su, muazzam miktarda enerji ve yüzeye çıkan bir su ve buhar karışımı olduğu geleneksel jeotermalden çok daha fazlasını içerir. Böyle derin rezervuarlarda, sıvı o kadar çok enerji içeriyor ki, geleneksel jeotermal kuyulardan beş ila on kat daha fazla elektrik üretmeyi bekleyebiliriz” diyor Sæther.

Mümkün olanın sınırında teknoloji

Gerçekten derin jeolojik oluşumlarda bulunan ısının çıkarılması, kuyunun tahrip edilmeden daha uzun süre dayanmasını sağlayacak teknolojiyi gerektirir. Şimdiye kadar hiç kimse geliştirmeyi başaramadı.

İzlandalılar daha önce de denediler, ancak bu girişim başarılı olmadı. Bu nedenle HotCaSe’nin teknolojik olarak mümkün olanın sınırına hareket eden bir proje olduğunu söylemek abartı olmaz. Yerkürenin içinde yatan koşullar kendi içinde bir şeydir:

5-600 santigrat derecelik amansız sıcaklıklardır. Ama burada da süperkritik su denen bir şey var: Termometre 374 derece olan kritik noktayı geçtiğinde ve basınç yüzeydeki hava basıncının 218 katına çıktığında su süperkritik hale gelir.

Bu su, kuyudan akarken sıvı halden gaz haline geçen fiziksel bir formdadır. Süper kritik fazda, sıvı belirli kimyasal koşullar altında çok aşındırıcı olabilir. Bu, işlemi ekstra zorlu hale getirir.

SINTEF araştırmacısı, “Biraz basitleştirilmiş muhafaza borusu, yeraltına inşa edilecek dünyanın en büyük ve en dayanıklı termosunun dış duvarları olarak tanımlanabilir” diyor.

– Jeotermal kuyu, ekstrem koşulların üstesinden gelebilecek şekilde tasarlanmalıdır. Jeotermal kuyusunun dış duvarında kullanılacak malzemelerin çok özel özelliklere sahip olması ve bunun karlı olması için kuyunun en az 20 yıl hizmet ömrüne sahip olacak şekilde inşa edilmesi gerekir. Hoang, SINTEF’te ayrıca, ısı rezervuarındaki sıcaklığın daha kısa süreler boyunca yükselmesine yol açabilecek öngörülemeyen olaylara da dayanması gerektiğini açıklıyor.

Kuyu çökmesi tehlikesi

Jeotermal kuyunun çok merkezi bir parçası, muhafaza sistemi olarak adlandırılan şeydir. Bunlar kuyunun “dış duvarları”dır ve genellikle çelik muhafaza borusu ve çimentodan oluşur. Duvarlar kuyunun kendisini korumak için tasarlanmıştır.

Muhafaza, kuyu jeolojik oluşumda sabit kalacak şekilde tasarlanmalıdır. Ayrıca sensörler ve sondaj ekipmanının kendisi gibi gönderilecek ekipmanı da korumalıdır.

– Bu yapı zorlu çevreye dayanmazsa, birkaç şey olabilir: Ekipman paslanabilir, çeliği yiyip muhafaza borusunun gücünü zayıflatan hidrojenle çalışan bir işleme maruz kalabilir. Hoang, en kötü durumda tüm kuyunun çökebileceğini açıklıyor.

Bu nedenle kullanılacak malzemelerin çok özel özelliklere sahip olması ve kuyunun karlı olması için en az 20 yıllık bir ömre sahip olacak şekilde tasarlanıp inşa edilmesi gerekmektedir. Ayrıca kısa süreler için aşırı sıcaklıklara neden olabilecek öngörülemeyen olaylara da dayanmalıdır.

Küçük bir “depreme” dayanabilecek kuyu inşaatı

Yaklaşık dört yıllık atölye çalışmaları, çeşitli teknoloji konseptleri ve malzemelerin test edilmesinden sonra ekip, hazır bir çözüm olduğuna inanıyor: Kuyu yapımında esneklik. Tam olarak petrol endüstrisinden teknoloji transferi yoluyla oluşturulmuştur ve proje ortağı ISOR tarafından geliştirilmiştir.

Yüksek sıcaklıklar, kuyu inşaatının yüksek voltaja maruz kalması anlamına gelir. Kuyuyu çalıştırdığımızda muhafaza borusu hareket edemiyorsa, bunun büyük sonuçları olabileceğini, jeolojideki stresler nedeniyle çöken diğer jeotermal kuyulardan biliyoruz.

– Bu nedenle, şimdi çok fazla harekete izin veren esnek bir kuyu inşa edeceğiz. Hieu Nguyen Hoang, inşaattaki gerilimi azalttığını ve bu nedenle çökmeyi önlemek istediğimizi söylüyor.

Temel olarak önemli veri tabanı

Projenin önemli bir kısmı, Casinteg analiz aracını geliştirmek olmuştur. Bu, malzemelerden kimyasal reaksiyonlara kadar her şey hakkında bilgi ve dolayısıyla İzlanda kuyusu IDDP 2 ile yapılan çalışmalardan elde edilen deneyimlerle dolu bir bilgisayar programıdır.

– Araç bize dünyanın derinliklerinde meydana gelen fiziksel olaylar hakkında daha iyi fikir verdi. Ama aynı zamanda, esnek yapı ile baş edebilecek kasa ve çimentoda doğru malzemeleri seçmeyi mümkün kılan önemli bilgiler de veriyor. Bütün bunlar önce simüle edilir ve ardından operasyonun gerçek koşulları ve parametreleriyle karşılaştırılır. Equinor’dan Sturla Sæther, böylece ekibin gelecekteki bir kuyu çöküşüne karşı güvende olduğunu söylüyor.

HotCase, yeni nesil jeotermal enerjinin yolunu açıyor

Zaten 2017’de İzlanda’daki jeotermal kuyu IDDP-2 tamamlandı. Norveçli Ekinor ve İzlandalı ortaklar tarafından delinmiştir. Kuyu 4650 metre derinliğe ulaştı. Kuyu açıldıktan sonra 427 °C ölçüldü ve kuyu etrafındaki rezervuarın 500 santigrat derecenin üzerinde sıcaklığa sahip olacağı tahmin ediliyor.

Bu durum, kuyuyu dünyada süper kritik koşullara ulaşan ilk kuyulardan biri yaptı. Ne yazık ki, casing sistemi hızla hasar gördü. Bu nedenle kuyudaki koşulların ölçülmesi ve planlanan işletme testlerinin yapılması mümkün olmamıştır.

Ancak HotCaSe’ye katılan proje ortağı Reykjavik Energy pes etmedi: Şimdi bir sonraki kuyuyu açmayı planlıyorlar: Birkaç yıl içinde IDDP3.

İlk iki kuyu olan IDDP1 ve 2’den elde edilen deneyimler, en büyük engelin muhafaza borusu (casing) olduğunu göstermiştir. Şimdi araştırma ekibi, HotCaSe’de geliştirilen teknoloji ve hesaplama araçlarının teknoloji açığını kapatacağını ve bir sonraki projeyi başarılı kılacağını umuyor. Ve burada Casinteg önemli bir rol oynayacak:

– Sturla Sæther, aracın Equinor ve jeotermal enerjiyle çalışan herkes için en önemli proje sonuçlarından biri olduğunu söylüyor. Casinteg, bir jeotermal kuyuda boru muhafazası üzerindeki termal ve mekanik kuvvetleri hızlı bir şekilde hesaplayabilir. Alet ayrıca, yapının kendisinin veya tasarımın dayanabileceği şeylere ilişkin yerleşik sınırlara sahiptir, böylece kuyunun zarar görmemesi sağlanır, diye ekliyor.

CO2 depolamaya bir adım daha yakın

Şimdi bu projedeki teknoloji yeni bir projede devam edecek; Başlatılan IntoWell. Bu proje Equinor ve Araştırma Konseyi tarafından kısmen finanse edilmektedir ve amaç, CO2’yi toprak altında depolamak için sağlam, güvenli ve uygun maliyetli kuyular geliştirmektir.

Bu, CO2 yakalamanın büyük ölçekte ve öngörülebilir gelecekte gerçekleştirilebilmesini sağlayacaktır. Bu projede oluşturulan bilgi, bu nedenle, dünya CCS ile başladığında önemli olacaktır.

Bu bağlamda Casinteg, CO2 depolaması için farklı kuyu konseptlerini değerlendirmek için kullanılacaktır. Umarım, büyük ölçekli CO2 depolaması, Langskip CO2 yakalama projesine büyük bir adım daha yaklaştıracaktır. Dünyanın atmosfere salınan CO2 emisyonlarını azaltmaya yardımcı olacak ve geri dönüşü olmayan iklim değişikliğine karşı mücadeleye katkıda bulunacak.

Kaynak: ThinkGeoEnergy