يريد معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا العرضي استخدام التكنولوجيا النووية لاستغلال الطاقة الحرارية الأرضية

تمثل الطاقة الحرارية الأرضية أحد أنظف مصادر الطاقة المتجددة وأكثرها ثباتًا على وجه الأرض. من الناحية النظرية، هناك ما يكفي من الطاقة الحرارية الأرضية تحت قشرة الأرض لتوفير الطاقة المستدامة للكوكب بأكمله...

فلماذا نستخدم القليل منه؟ تكمن المشكلة في الاستفادة من تلك الحرارة الإشعاعية: حيث لا يمكن تسخير سوى جزء صغير من الطاقة الحرارية للأرض بشكل مربح. لكن فريقًا من الباحثين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا يعتقد أنهم قد وصلوا إلى طفرة تكنولوجية مع إمكانية تسخير المزيد من إمكانات الطاقة الحرارية الأرضية للأرض.

حاليًا، يتم إنتاج الطاقة الحرارية الأرضية بشكل حصري تقريبًا في الأماكن التي ترتفع فيها الحرارة من باطن الأرض إلى السطح، كما هو الحال في الأماكن التي توجد بها السخانات والينابيع الساخنة الطبيعية. ولهذا السبب، تمثل الطاقة الحرارية الأرضية 0.5% فقط من الطاقة المتجددة على المستوى العالمي. وحصتها في مزيج الطاقة الأوسع، بما في ذلك الوقود الأحفوري، ضئيلة للغاية.

ولرفع مستوى إنتاج الطاقة الحرارية الأرضية، سنحتاج إلى أن نكون قادرين على الحفر في الأرض بشكل أعمق بكثير للاستفادة من الحرارة الإشعاعية الصادرة عن قلب الأرض، والقيام بذلك بكفاءة وبتكلفة معقولة.

وهذا ليس بالأمر الهين. "لتنمو الطاقة الحرارية الأرضية كحل وطني، يجب أن تتغلب الطاقة الحرارية الأرضية على العوائق الفنية وغير الفنية المهمة لتقليل التكاليف والمخاطر"، كما جاء في مقدمة تقرير وزارة الطاقة الأمريكية لعام 2019 (DOE) - GeoVision: تسخير الحرارة تحت أقدامنا" ( باستخدام الحرارة تحت أقدامنا). "إن الاستكشاف تحت السطح المطلوب للطاقة الحرارية الأرضية هو أول هذه العوائق، بالنظر إلى تكلفة هذه الأنشطة وتعقيدها ومخاطرها."

في السنوات الأخيرة، قطع العلماء خطوات كبيرة نحو "أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية المحسنة" القابلة للتطوير والتي تستخرج الحرارة من أعماق الأرض. وفقًا لتقرير صدر عام 2023 من Esquire ، فإن هذه التكنولوجيا "ستسمح لنا بتسخير الطاقة الموجودة تحت أقدامنا في جميع أنحاء البلاد، وكل ذلك مع تأثير كربوني صغير بشكل مدهش مقارنة بمعظم المصادر التي نعتمد عليها الآن". وهذا لا يقتصر على الولايات المتحدة. إن الوعد بالطاقة الحرارية الأرضية المحسنة هو أنه يمكن استخدامها في أي مكان تقريبًا على الأرض.

حققت مشاريع الطاقة الحرارية الأرضية المحسنة المبكرة بعض النجاح باستخدام تقنيات الحفر العميق المستخدمة في الأصل للتكسير الهيدروليكي. ومن عجيب المفارقات أن أساليب التكسير الهيدروليكي التي غذت ثورة الصخر الزيتي توصف الآن بأنها مسار محتمل لإزالة الكربون في الولايات المتحدة، وقد خصصت إدارة بايدن مبلغا كبيرا من المال لتجربة مشاريع البحث والتطوير في مجال الطاقة الحرارية الأرضية، مثل مشروع يوتا فورج. .

ولكن هذه التكنولوجيات لا تكون ذات قيمة إلا بقدر ما تكون فعالة من حيث التكلفة، وحتى الآن هذه ليست الحال. "في الوقت الحالي، يُظهر التحليل الفيدرالي أن هذا النوع من الطاقة الحرارية الأرضية يكلف حوالي 181 دولارًا لكل ميجاوات في الساعة، في حين أن تكاليف الطاقة الشمسية على نطاق المرافق تبلغ 25 دولارًا فقط،" حسبما ذكرت NPR العام الماضي.

ومع ذلك، يتوقع خبراء الطاقة الحرارية الأرضية في القطاع الخاص أن تنخفض هذه التكاليف بشكل كبير - لتصل إلى ما يقدر بثلث السعر الحالي - خلال العقد المقبل.

ولكن الآن دخلت تكنولوجيا ثورية أخرى إلى الساحة، كان رائدها فرع من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. وهذه المرة لم يتم استعارة هذه التكنولوجيا من قطاع الوقود الأحفوري، بل من حل أكثر مستقبلية للطاقة النظيفة: الاندماج النووي. وقد تمكنت شركة Quaise Energy، ومقرها في كامبريدج بولاية ماساتشوستس، من جمع 95 مليون دولار من المستثمرين (بما في ذلك شركة ميتسوبيشي) لاستخدام الجيروترونات في استخراج الطاقة الحرارية الأرضية.

مثال الجيروترون

تُستخدم الجيروترونات حاليًا في تجارب الاندماج النووي لتسخين البلازما والحفاظ عليها. هذه هي بواعث الموجات الكهرومغناطيسية الخطية المستخدمة لتسخين البلازما. لكن هذا الفريق يدعي أنه يمكن أيضًا استخدامها للحفر بشكل أعمق في الأرض بكفاءة أكبر من أي وقت مضى، وصهر الصخور باستخدام أشعة الطاقة .

واستنادا إلى تجارب الفريق والنماذج الرياضية، تشير الحسابات إلى أن "مصدر موجة مليمترية موجهة عبر دليل موجي يبلغ حوالي 20 سنتيمترا يمكن أن يحدث ثقبا في الصخر بحجم كرة السلة بسرعة 20 مترا في الساعة "، وفقا لتقرير IEEE. نطاق. "وبهذا المعدل، فإن 25 يومًا ونصف من الحفر المستمر من شأنه أن يخلق أعمق حفرة في العالم." والأفضل من ذلك، أنه يمكن تحقيق ذلك بنفس كمية الطاقة المستخدمة لتشغيل منصة حفر نموذجية.

ويعني هذا النوع من السرعة والعمق أن التنقيب عن الطاقة الحرارية الأرضية سيكون أسرع وأرخص من أي وقت مضى، مع ما قد يترتب على ذلك من عواقب مدمرة على هذه الصناعة. يقول كارلوس أراك، الرئيس التنفيذي لشركة Quaise: "إن الطاقة الحرارية الأرضية فوق الحرجة لديها القدرة على استبدال الوقود الأحفوري وتوفر لنا أخيرًا مسارًا لتحويل الطاقة إلى طاقة تحميل أساسية خالية من الكربون". "نحن بحاجة إلى التعمق أكثر وأكثر لجعل الطاقة الحرارية الأرضية قابلة للحياة خارج أماكن مثل أيسلندا."

المقالة العرضية لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا التي تريد استخدام التكنولوجيا النووية لاستغلال الطاقة الحرارية الأرضية تأتي من السيناريوهات الاقتصادية .