Süper sıcak jeotermal rezervuarlardan ısı çıkarımı

Nominal olarak sünek kaya takviyeli jeotermal sistemin (NDR-EGS) 1 yıl ve 10 yıllık reenjeksiyonlu ısı ekstraksiyonundan sonraki basınç tepkisi (kaynak: Scott vd., 2024'ten uyarlanmıştır)

Merve Uytun 20 Haz 2024

Yakın zamanda yayınlanan bir çalışma, aşırı sıcak jeotermal rezervuarlar için ısıdan yararlanmak için yeni bir model önermektedir. Model, aşırı sıcak rezervuara soğuk sıvı enjekte eden, böylece normal olarak sünek kayanın kırılganlaşmasına neden olan ve rezervuarın kütle geçirgenliğini artıran EGS benzeri bir yaklaşıma dayanmaktadır.

Scott ve ark. Jeotermal Enerji dergisinde “Sünek kabukta gelişmiş jeotermal sistemlerin potansiyeli üzerindeki hidrolojik kısıtlamalar” başlıklı makale yayınlandı.

Quaise Energy’den Elizabeth Thomson’ın bu konuk makalesi  , yeni çalışmayı ve modeli ayrıntılı olarak tartışıyor ve süper sıcak jeotermal kaynaklardan yararlanmaya yönelik farklı yaklaşımlar hakkında fikir veriyor.

Bir “geçirgenlik bulutu”

Ayaklarımızın millerce altındaki süper sıcak kayalardan gelen jeotermal enerji, enerji geçişinde önemli bir oyuncu olma potansiyeline sahiptir. Ancak bu ısıya hem erişmek hem de çıkarmak için kaynaklara ve teknolojilere ihtiyaç duyulacak. Şimdi bir bilgisayar modeli ikincisine ışık tutuyor ve ilk kez bu derinliklerdeki ve sıcaklıklardaki kayalar, sonunda kayaların ısısını yüzeye aktarabilecek sıvılara maruz kaldığında ne olacağını açıklıyor.

Temel olarak model, etkilenen kaya boyunca yoğun bir “geçirgenlik bulutu” oluşturan mikroskobik çatlakların oluşumunu göstermektedir. Bu, günümüzde kullanılan, yüzeye daha yakın ve çok daha düşük sıcaklıklarda çalışan geliştirilmiş jeotermal sistemlerinin (EGS) neden olduğu çok daha büyük ve daha az makroskobik çatlaklarla tezat oluşturuyor.

Çalışmayı finanse eden Quaise Energy Jeotermal Kaynak Geliştirmeden Sorumlu Başkan Yardımcısı Trenton Cladouhos, modeli kullanan simülasyonlar “süper sıcak bir sistemin, bugün EGS sistemlerinden yirmi yıla kadar tipik olarak üretilenden beş ila on kat daha fazla güç sağlayabileceğini doğruluyor” diyor. 

Cladouhos, 21 Mayıs’ta Kuzey Amerika’daki Jeotermal Geçiş Zirvesi’nde genel olarak süper sıcak kaya jeotermal sistemlerinin modelini ve önemini anlattı. Konuşmasının başlığı şuydu: “Superhot Rock EGS: Yöntemler, Zorluklar ve İleriye Dönük Yollar.”

Jeotermal Enerji makalesinin yazarları İzlanda Üniversitesi Yer Bilimleri Enstitüsü’nden Samuel Scott, ETH Zürih Jeokimya ve Petroloji Enstitüsü’nden Alina Yapparova, GFZ Potsdam Alman Yerbilimleri Araştırma Merkezi’nden Philipp Weis ve Quaise’in kurucu ortağı Matthew Houde’dur.

Süper Sıcak Kaya Enerjisi

Cladouhos’un sözleri, süper sıcak kayaların 375 °C’nin (707 °F) üzerindeki sıcaklıklarda bulunduğu yerin çok altından ısının çıkarılmasıyla ilgili zorluklara odaklandı. Bu alanlardan sızan su süperkritik hale gelecektir. Bu buhar benzeri faz, normal sıcak suya göre 3-4 kat daha fazla enerji taşıyor ve yüzeydeki türbinlere borularla bağlandığında 2-3 kat daha verimli bir şekilde elektriğe dönüşüyor.

“Jeotermal Enerjinin Geleceği” raporuna göre, ABD kıtasının 3 ila 10 km (2 ila 6 mil) altındaki sıcak kayalarda depolanan termal enerjinin yalnızca %2’sinin geri kazanılması, ABD’nin yıllık birincil enerji tüketiminin 2.000 katına eşdeğerdir. 2006 MIT’nin Amerika Birleşik Devletleri’ndeki jeotermal enerji potansiyeli üzerine yaptığı araştırma.

Bu enerjiye erişmenin temel sorunlarından biri oraya ulaşmaktır. Petrol ve gaz endüstrileri tarafından kullanılan sondajlar, jeotermal enerjinin ana kaynağının bulunduğu kilometrelerce derinliklerdeki aşırı sıcaklıklara ve basınçlara dayanacak şekilde tasarlanmamıştır. Bu nedenle Quaise, kayaları kelimenin tam anlamıyla eritip buharlaştırabilen milimetrik dalga enerjisini (çoğumuzun yemek pişirdiği mikrodalgaların kuzeni) kullanarak delmenin tamamen yeni bir yolu üzerinde çalışıyor.

Ancak süper sıcak kayaları delmek yalnızca ilk zorluktur. Cladouhos, ısıyı çıkarmanın en az oraya ulaşmak kadar zor bir bilmece olduğunu söylüyor.

Dünyanın dört bir yanındaki araştırmacılar, tam da bunu yapmayı amaçlayan, esasen yer altı radyatörleri veya ısı eşanjörleri olan jeotermal sistemler üzerinde çalışıyor. Eavor ve Fervo Energy gibi şirketler tarafından geliştirilen ve sahada kullanılan çeşitli yaklaşımlar vardır, ancak hiçbiri yaklaşık 200 °C’nin üzerindeki sıcaklıklarda kanıtlanmamıştır.

Cladouhos, “Jeotermalin gerçekten oyun değiştirici olmasını istiyorsak, süper yüksek sıcaklıklarda veya 375 °C’nin üzerinde çalışmamız gerekiyor” diyor. Ancak çok derinlerdeki süper sıcak kaya, yüksek basınçla pompalanan soğuk suya maruz kaldığında ne olacağı hakkında çok az şey biliniyor.

Yeni bir anlayış

Şu anda yüzeye daha yakın veya yaklaşık üç kilometreye kadar olan jeotermal enerjinin nasıl çıkarılacağına dair üç genel kavram var. Bunlar, iki kuyuyu birbirine bağlayan bir dizi yatay yeraltı borusuna dayanan kapalı devre sistemleri içerir. Bir kuyudan aşağı pompalanan su, bu borulardan geçerek kayanın enerjisini alıyor ve ikinci kuyu aracılığıyla tekrar yüzeye çıkıyor. Bu Eavor’un kullandığı yaklaşımdır. Başka bir konsept, iki yatay kuyuyu yüzlerce insan yapımı kırıktan oluşan bir sistemle birleştirmeyi içeriyor. Fervo Enerji’nin kullandığı yaklaşım budur.

Cladouhos’un Jeotermal Geçiş Zirvesi’nde ve bir hafta sonra Temiz Hava Görev Gücü’nün Boşlukları Doldurma çalıştayında açıkladığı model: İzlanda’da Süper Sıcak Kaya Enerjisini İlerletmek- jeotermal enerjiden yararlanmak için yeni bir konsepti temsil ediyor ve soğuk su süper sıcak, süper derin koşullar altında enjekte edildiğinde neler olabileceğine odaklanıyor.

Mikro çatlaklara girin. Cladouhos, “Buradaki fikir, kuyuları spesifik, çok daha büyük kırıklar yerine büyük bir geçirgenlik ‘bulut’u aracılığıyla bağlamanızdır” diyor. “Yani bu, yerelleştirilmiş bir bağlantıdan ziyade yaygın bir bağlantı.”

Model, bu aşırı koşullar altında oluşumların değişmesi hakkında bildiklerimize dayanmaktadır. Bakır ve altın cevherlerinin çıkarıldığı devasa turuncu kaya çukurlarını düşünün. Ayrıca Japonya’da yapılan ve laboratuvarda benzer koşullar altında mikro çatlakların oluştuğunu gösteren testlerden de bilgi alınmıştır. İkinci çalışma geçen yıl bir Jeotermal Enerjimakalesinde bildirildi.

Sıradaki ne

Cladouhos, Scott ve meslektaşlarının geliştirmeye devam ettiği modelin “sahada gelecekte süper sıcak kaya testlerine rehberlik edeceğini” belirtiyor. Quaise, önümüzdeki bir veya iki yıl içinde, Oregon’un merkezindeki Newberry yanardağı gibi, daha sığ derinliklerde süper sıcak koşullara ulaşılabilen bir alanda tam da bunu yapmayı hedefliyor.

Sözünü şöyle bitiriyor: “Bu bir model. Mikro çatlaklardan kaynaklanan geçirgenliğin gerçek dünyada iki kuyuyu birbirine bağlamaya yeterli olup olmayacağını bilmiyoruz. Şimdi bunu ve süper sıcak kayaları kırmaya ilişkin diğer kavramları sahada test etmemiz gerekiyor. Sonunda düzlemsel kırıkları, doğal kırıkları ve mikro kırıkları içeren hibrit bir yaklaşıma ihtiyaç duyulabilir.”

Kaynak: ThinkGeoEnergy