Khi thế giới chuyển đổi từ nhiên liệu hóa thạch sang những nguồn năng lượng thân thiện với môi trường, điều quan trọng là thế giới phải có đủ năng lượng xanh để thực hiện chuyển đổi này. Theo một nhà thuyết trình tại buổi khai mạc Sự kiện Quản lý Hành tinh (Planetary Stewardship Event) ở Boston, câu trả lời có thể là năng lượng địa nhiệt.

Được sắp xếp thời gian phù hợp với Hội nghị Biến đổi Khí hậu của Liên Hợp Quốc, sự kiện này được tổ chức nhằm “làm nổi bật những ý tưởng khả thi cho hoạt động của nhân loại nhằm đạt được mối quan hệ bền vững với các hệ thống tự nhiên của hành tinh.”

Tiềm năng của năng lượng địa nhiệt sâu

Matt Houde, nhà đồng sáng lập công ty Quaise Energy, có trụ sở tại Massachusetts, một trong 100 diễn giả tại sự kiện ở Boston cho biết: “Tổng hàm lượng năng lượng địa nhiệt vượt quá nhu cầu năng lượng hàng năm của thế giới theo hệ số hàng tỷ. Vì vậy, khai thác một phần nhỏ trong số đó là quá đủ để đáp ứng nhu cầu năng lượng của nhân loại trong tương lai gần,”.

Hiện tại, chúng ta không khoan đủ sâu để mở ra nguồn năng lượng này. Ông Houde giải thích: “Nếu chúng ta có thể khoan xuống 10 dặm, có thể gặp nhiệt độ có hiệu quả kinh tế ở khắp mọi nơi. Nếu sâu hơn nữa, chúng ta có thể đạt đến nhiệt độ mà nước được bơm đến địa điểm này sẽ trở nên siêu tới hạn.

 “Điều này tạo ra một pha khí tương tự hơi nước, cho phép sản xuất điện năng công suất lớn trên mỗi giếng, tạo ra năng lượng địa nhiệt, có hiệu quả cao về chi phí.”

Lỗ sâu nhất đã được khoan cho đến nay là lỗ khoan Kola của Liên Xô đạt được 7,6 dặm. Phải mất 20 năm để hoàn thành vì những thiết bị thông thường như mũi khoan cơ học không thể chịu được các điều kiện khắc nghiệt ở độ sâu đó và bị hỏng. Ông Houde nhấn mạnh: “Chúng ta sẽ cần hàng trăm, nếu không muốn nói là hàng nghìn lỗ khoan Kola nếu chúng ta muốn mở rộng quy mô địa nhiệt đến công suất cần thiết cho nhân loại.

Khoan bằng năng lượng vi sóng

Công ty khoan Quaise tại Massachusetts đang nghiên cứu phát triển công nghệ, có khả năng vượt qua những thách thức này. Hệ thống khoan sẽ làm nổ đá bằng vi sóng, cho phép khoan những lỗ sâu nhất trên Trái đất.

Công ty đang hướng tới việc thay thế các mũi khoan thông thường bằng mũi năng lượng sóng milimet. Những sóng này là họ hàng với vi sóng mà con người sử dụng để nấu thức ăn, làm tan chảy và bay hơi đá để tạo ra những lỗ sâu hơn và đạt đến độ sâu cung cấp năng lượng địa nhiệt.

 Sơ đồ kỹ thuật khoan sâu Quaise sử dụng năng lượng vi sóng. Ảnh Geoengineering.

Trong quá trình phát triển công nghệ, các nhà khoa học đã chứng minh được, sóng milimet có thể khoan lỗ trên đá bazan. Hơn nữa, cỗ máy con quay hồi chuyển (gyrotron) tạo ra năng lượng sóng milimet đã được sử dụng trong khoảng 70 năm qua trong nghiên cứu phản ứng tổng hợp hạt nhân để tạo ra nguồn năng lượng sạch.

 Thiết bị tạo vi sóng Con quay hồi chuyển ( gyrotron) tại Cơ sở Nghiên cứu nhiệt hạch Wendelstein 7-X của Viện Vật lý Plasma Max Planck ở Greifswald, Đức. Ảnh Geoengineering.

Kỹ thuật Quaise cũng tận dụng những công nghệ khoan thông thường được phát triển bởi ngành dầu khí. Công ty sẽ tích hợp những kỹ thuật này để khoan xuyên qua các lớp bề mặt đến đá nền, nơi sóng milimet có thể dễ dàng xuyên qua.

Ông Houde giải thích, sóng milimet “là lý tưởng đối với đá kết tinh, nóng, cứng nằm sâu bên dưới mà phương pháp khoan thông thường gặp trở ngại lớn. Sóng milimet không hiệu quả đối với đá mềm gần bề mặt hơn, nhưng đó là những lớp địa tầng mà hoạt động khoan thông thường đạt hiệu quả cao.”

Những thách thức phải được giải quyết để hiện thực hóa công nghệ Quaise

Những thách thức đối với phương pháp sử dụng vi sóng vẫn tồn tải, như sự hiểu biết về tính chất của đá ở độ sâu lớn. Hơn nữa, cần phải phát triển chuỗi cung ứng con quay hồi chuyển và đường truyền sóng, mang năng lượng trong lỗ khoan.

Thiết bị con quay hồi chuyển hiện được tối ưu hóa cho những dự án chuyên dụng, một lần trong lĩnh vực nghiên cứu nhiệt hạch. Đối với các ứng dụng năng lượng địa nhiệt sâu, thiết bị phải được sản xuất với số lượng lớn, công suất lớn và độ tin cậy cao trong môi trường thực địa.

Ngoài ra còn có những thách thức kỹ thuật phải được giải quyết. ông Houde cho biết: “Điều quan trọng nhất trong những khó khăn là làm thế nào để đảm bảo loại bỏ hoàn toàn tro bụi trong quy trình khoan và vận chuyển tro bụi đó lên khỏi lỗ khoan trên một quãng đường dài nhiều dặm?”

Trong phòng thí nghiệm tại, các kỹ sư đã trình diễn công nghệ này, cách khoan một lỗ trên đá bazan với tỷ lệ 2 phía là 1:1. Quaise cũng mở rộng kết quả bằng cách tăng mật độ năng lượng của chùm vi sóng và độ sâu của lỗ lên hệ số mười để đạt được tỷ lệ hai phía tấm đá là 10:1. Đồng thời, công ty đang xây dựng các nguyên mẫu giàn khoan vi sóng milimet, có thể triển khai tại hiện trường đầu tiên.

Ông Houde nói:  “Kế hoạch hiện tại của công ty là khoan những lỗ đầu tiên trên thực địa trong vài năm tới. Trong khi tiếp tục phát triển công nghệ cho phép khoan sâu hơn, công ty cũng sẽ nghiên cứu các dự án năng lượng địa nhiệt thương mại đầu tiên ở những nơi địa tầng nông hơn và tạo ra các sản phẩm thuyết phục.”