با حفر چاه زمين گرمايي مي‌توان به انرژي تجديدپذير دائمي دست يافت؟

در نقطه‌اي دورافتاده از كوهپايه‌هاي سبزفام منطقه‌ي توسكاني از شبه‌جزيره‌ي ايتاليا يك دكل حفاري با نام ونل ۲ (Venelle-2) مشغول حفاري در اعماق ژرف زمين است؛ اما آنچه پژوهشگران در پي استخراج آن هستند، نه نفت و گاز بلكه منبعي دائمي از انرژي تجديدپذير و پاك است كه بانام انرژي زمين‌گرمايي (ژئوترمال) شناخته مي‌شود.

براي دستيابي به اين منبع انرژي، پژوهشگران اقدام به حفر يك رشته چاه زمين‌گرمايي با عمق سه كيلومتر كرده‌اند. در چنين عمقي از زمين، فشار و دما آن‌چنان بالا است كه حتي سنگ‌ها نيزبه‌شكل خميري درمي‌آيند. اين شرايط محيطي براي شكل‌گيري سيال‌هاي زمين‌گرمايي فوق بحراني ايده‌آل است (سيال‌هاي فوق‌بحراني به انواعي از آب‌هاي معدني تحت فشار و دماي بالا گفته مي‌شود كه هم‌زمان خاصيت مايع و گاز را دارا هستند). اگر دكل حفاري ونل ۲ بتواند به مخازن زيرزميني سيال‌هاي فوق‌بحراني دسترسي پيدا كند و از انرژي حرارتي اين منابع براي به‌كار انداختن توربين‌هاي بخار بهره ببرد، مي‌توان گفت متخصصان براي اولين‌بار توانسته‌اند يكي از متمركزترين منابع انرژي تجديدپذير حال حاضر جهان را به‌بهره‌برداري برسانند.

اما رسيدن به چنين هدفي چندان هم ساده نخواهد بود. حفاري بسيار عميق در دل زمين همواره با ريسك بروز زمين‌لرزه همراه است. كافي است يك قطعه‌ي بزرگ سنگ از محل خود در صفحات زيرين زمين بلغزد تا شاهد يكي از بزرگ‌ترين فجايع طبيعي روي زمين باشيم. خطر بروز چنين رخدادي در پروژه‌‌هايي نظير ونل ۲ به‌‌مراتب بيش‌‌تر است؛ چراكه دكل حفاري يادشده قرار است با عبور از مرز ميان سنگ‌‌هاي سخت سطحي و سنگ‌‌هاي نرم‌‌تر ناحيه‌ي عميق به ناحيه‌‌ي موسوم به افق K نفوذ كند. متاسفانه هنوز كسي به‌‌درستي نمي‌‌داند كه با نفوذ دريل دستگاه حفاري به اين لايه‌‌ي كمتر شناخته‌‌شده از زمين و برخورد با سيال‌هاي فوق‌‌بحراني دقيقا چه اتفاقي رخ خواهد داد.

نويسندگان مقاله ابراز اميدواري كرده‌‌اند كه پژوهش يادشده بتواند خط بطلاني براي تصورات رايج پيشين درمورد حتمي‌‌بودن شانس بروز زلزله در عمليات حفاري چاه‌‌هاي زمين‌‌گرمايي باشد. با اين حال، واقعيت اين است كه جز به‌‌هنگام بروز حادثه، كسي كوچك‌ترين توجهي نسبت‌‌به عمليات حفاري چاه‌‌هاي زمين‌‌گرمايي نشان نمي‌‌دهد. ريكاردو مينتو، پژوهشگر دانشگاه ژنو سوئيس و از نويسندگان مقاله چنين مي‌‌گويد كه پروژه‌‌ي ونل ۲ نشان مي‌‌دهد كه موارد موفق بي‌‌شماري از حفر چاه‌‌هايي با اهداف زمين‌‌گرمايي وجود دارند.

چاه ونل ۲ تنها يكي از چندين رشته چاه‌هايي است كه در ميدان زمين‌‌گرمايي لاردريلو - تراواله ايتاليا حفر مي‌‌شود. منطقه‌‌ي يادشده پيش‌ازاين نيز سابقه‌‌ي اولين متخصصد انرژي زمين‌‌گرمايي جهان باهدف توليد برق را در كارنامه‌‌ي خود دارد. پيشينه‌‌ي اين نوع آزمايش‌ها به سال ۱۹۰۴ بازمي‌‌گردد؛ يعني زماني‌كه اولين توربين به‌‌كاررفته در يك سايت زمين‌‌گرمايي توانست انرژي موردنياز براي روشن‌‌‌‌كردن ۵ لامپ را فراهم كند. اما اكنون اوضاع تغيير كرده است؛ امروزه خروجي برق سايت‌‌هاي زمين‌‌گرمايي احداث‌‌شده در اين منطقه به‌‌تنهايي حدود ۱۰ درصد از كل انرژي زمين‌‌گرمايي توليدي جهان را پوشش مي‌‌دهد. در سال ۲۰۱۵، كنسرسيومي متشكل از چندين مؤسسه و شركت اروپايي فعال در حوزه‌‌ي انرژي، پروژه‌‌ي ديسكرمبل (Descramble) را راه‌اندازي كرد. هدف پژوهشگران از انجام اين پروژه آن است كه ببينند آيا مي‌‌توان انرژي بيش‌‌تري را از ميدان انرژي زمين‌‌گرمايي لاردريلو - تراواله استحصال كرد يا خير. طي اين برنامه قرار است امكان دسترسي به سيال‌‌هاي فوق‌‌بحراني در سطوح زيرين زمين فراهم شود. اگر بتوان اين سيال‌‌هاي چگال از انرژي را به‌‌گونه‌‌اي از چاه استخراج كرد؛ يكي ديگر از افتخارات تاريخي مجموعه‌‌ي زمين‌گرمايي مستقر در اين منطقه رقم خواهد خورد.

نمايي از يك نيروگاه زمين‌گرمايي در اندونزي

هم‌زمان با اكتشاف جريان فوق‌سيال در پروژه‌ي آيسلند ديپ، گروه تحقيقاتي ديسكرمبل نيز فرايند حفاري خود را آغاز كرد. آن‌ها باكمك فناوري سوراخكاري سخت توانستند به لايه‌هايي از زمين نفوذ كنند كه از دماي بسيار بالاتري نسبت‌به چاه‌هاي مشابه برخوردار بود. اما پس از ۶ ماه حفاري و درحالي كه تنها چند صد متر تا رسيدن به عمق هدف خود فاصله داشتند، كار متوقف شد؛ چراكه دماي عمق چاه حدود ۲۰۰ درجه بالاتر از آن‌چيزي بود كه درمورد چاه آيسلند ديده شده بود. اين ميزان حرارت دور از انتظار، يافتن راهي ايمن براي ادامه‌ي كار را دشوار كرد.

گفتني است طي فرايند حفاري اخير، يك تيم مستقل از زمين‌شناسان اروپايي ميزان لرزه‌هاي ثبت‌شده در ميدان زمين‌گرمايي لاردريلو - تراواله را باكمك تعدادي از لرزه‌نگارهاي فوق‌حساس رصد كردند.  اين گروه تعدادي فعاليت لرزه‌اي را ثبت كردند كه مقدارشان براي اين منطقه كاملا طبيعي به‌انديشه متخصصين مي‌رسيد. با اين حال، مينتو هنوز درمورد خطرات عمومي‌شدن اين فناوري هشدار مي‌دهد. چاه‌هاي زمين‌گرمايي فوق‌بحراني يك فناوري نوظهور به‌شمار مي‌آيند و به‌باور مينتو، تلاش‌هاي آتي براي حفر چنين چاه‌هايي مي‌تواند شانس بروز زمين‌لرزه‌هاي بزرگ‌تر را افزايش دهد.

مينتو اذعان دارد كه تاكنون هيچ موردي از زلزله در اثر حفاري‌هاي سيال فوق‌بحراني گزارش نشده است؛ اما در گذشته شاهد بروز مواردي از زمين‌لرزه‌هاي شديد در اثر حفر چاه‌هاي زمين‌گرمايي بوده‌ايم. سال گذشته در كره‌ي جنوبي دومين زمين‌لرزه‌ي بزرگ تاريخ اين كشور روي داد. مطالعه‌‌هاي بعدي نشان داد كه منشا اصلي اين زلزله، يك چاه زمين‌‌گرمايي واقع در اين ناحيه بوده است. چند سال قبل‌ نيز زلزله‌‌ي ديگري در بازل سوئيس رخ داد كه شواهدي از ارتباط ميان اين واقعه و عمليات حفاري يك چاه زمين‌‌گرمايي در آن منطقه به‌‌چشم مي‌‌خورد. برخي از متخصصان لرزه‌‌شناسي، عامل وقوع بسياري از وقايع لرزه‌‌اي را به حفاري‌‌هاي انجام‌‌شده در مكان‌‌هاي نادرست نسبت مي‌‌دهند. اين نوع حفاري‌‌ها با اينكه مي‌‌توانند بازدهي توليد انرژي زمين‌‌گرمايي را تاحد زيادي افزايش دهند؛ ولي معمولا با ريسك افزايش شانس بروز زلزله نيز همراه هخواهند بود. پسياري مي‌پرسند كه آيا حفاري در سيال‌‌هاي فوق‌‌بحراني نسبت‌‌به حفاري چاه‌‌هاي زمين‌‌گرمايي عادي با ريسك لرزه‌‌شناسي بيش‌‌تري همراه است يا خير. مينتو مي‌‌گويد دانش ما درمورد سيال‌‌هاي فوق‌‌بحراني بسيار ناچيزتر ار آن است كه بتوانيم پاسخ مناسبي براي اين پرسش بيابيم.

صرف‌‌انديشه متخصصين از ريسك‌‌هاي مرتبط با بروز زلزله، بايد اذعان كرد كه احداث چاه‌‌هاي زمين‌‌گرمايي باهدف استخراج سيال فوق‌‌بحراني با اشكالات ديگري نيز همراه خواهد بود. اطلاعات فعلي ما نشان مي‌‌دهد كه تعداد ذخاير فعلي از جريان‌‌هاي فوق‌‌بحراني در نقاط مختلف جهان چندان زياد نيست. اين امر مي‌‌تواند يك مانع بزرگ بر سر فراگيرشدن فناوري انرژي زمين‌‌گرمايي در كل جهان باشد. ازسوي ديگر، استخراج سيال‌‌هاي فوق‌‌بحراني خود به كانال‌‌ها و مجاري بتني واقع در چاه‌‌ها آسيب وارد مي‌‌كند. سوزان پتي، مدير مؤسسه‌‌ي تحقيقاتي Hot Rock Energy و از بنيان‌‌گذاران شركت زمين‌‌گرمايي Alta Rock Energy مي‌‌گويد:

سيال‌‌ها خاصيت خورندگي شديدي دارند و بسياري از مواد درون سنگ‌‌ها را در خود حل مي‌‌كنند كه اين موضوع نياز به رسيدگي دارد. اين چيز ترسناكي است.

سازوكار يك نيروگاه زمين‌گرمايي بهبوديافته

يكي از چالش‌هاي پيش‌رو در توسعه‌ي متخصصد انرژي زمين‌گرمايي، عدم دسترسي به ذخاير زيرزميني آب جديد و بخار است. پتي معتقد است كه اگر استفاده از انرژي زمين‌گرمايي محدود به منابع طبيعي موجود در زمين نمي‌بود، مي‌توانستيم در همه‌جا به يك منبع انرژي دائمي، پايان‌ناپذير و عاري از كربن دسترسي داشته باشيم كه نياز بخش بزرگي از جهان را به انرژي الكتريكي مرتفع كند.

 [انرژي] زمين‌گرمايي از اشكالات بازاريابي رنج مي‌برد. با اينكه [اين فناوري] از مزاياي سودمند بسياري برخوردار است؛ اما هنوز هم هرگاه سخن از «انرژي تجديدپذير» به‌ميان مي‌آيد، مردم تنها انرژي‌هاي بادي و خورشيدي را درانديشه متخصصين مي‌آورند.

در اوايل ماه ميلادي جاري، دپارتمان انرژي ايالات متحده از سرمايه‌گذاري ۲۵ ميليون دلاري اين سازمان در بخش تحقيقاتي ساختگاه زمين‌گرمايي آزمايشي خود با نام Forge خبر داد. اين تنها آغاز كار است؛  به‌انديشه متخصصين مي‌رسد جهان هنوز راهي طولاني را تا بهره‌برداري وسيع از سيستم‌هاي زمين‌گرمايي به‌منظور توليد برق در پيش داشته باشد.