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Geotermia più economica
Ricercatori presso Laboratorio nazionale del Pacifico nord-occidentale a Richland, WA, affermano di aver sviluppato un tipo superiore di fluido per l'estrazione del calore che potrebbe migliorare notevolmente l'economia della produzione di energia rinnovabile da risorse geotermiche a bassa temperatura.
Toccando geotermico: Una rappresentazione molecolare di un nanomateriale sviluppato presso il Pacific Northwest National Laboratory che può migliorare l'efficienza delle centrali geotermiche.
Il collega di laboratorio Pete McGrail afferma che il liquido viene utilizzato per assorbire il calore dall'acqua calda che è stata pompata dal sottosuolo nello scambiatore di calore di un impianto geotermico. Il liquido può potenzialmente aumentare la velocità di cattura del calore dal 20 al 30 percento. I ricercatori hanno progettato nanomateriali proprietari costituiti da metalli collegati da molecole organiche. Hanno scoperto che l'aggiunta dei nanomateriali a un fluido come l'esano o il pentano ha notevolmente migliorato le proprietà di intrappolamento del calore del liquido.
La speranza qui è che, migliorando l'efficienza il più possibile, un progetto può diventare economico a profondità molto inferiori, afferma McGrail. Saresti in grado di schierarti in quelle che ora sarebbero considerate aree marginali o antieconomiche.
L'energia geotermica sotto i nostri piedi non manca. Scava abbastanza in profondità e il calore è lì. Un Studio condotto dal MIT dal 2006 ha concluso che i sistemi di energia geotermica hanno il potenziale per fornire 100 gigawatt di potenza agli Stati Uniti entro il 2050, ma solo se emergeranno nuove tecnologie di perforazione e fratturazione della roccia e progetti di impianti avanzati che potrebbero ridurre i costi di sviluppo.
Sono necessarie tecnologie migliorate perché gli impianti geotermici più economici oggi generano elettricità utilizzando vapore o acqua calda direttamente da serbatoi ad alta temperatura formati naturalmente, come il campo Geyser in California. I pozzi sono relativamente poco profondi, l'acqua è a 360 gradi Fahrenheit o più calda e la roccia è abbastanza porosa da far circolare l'acqua a sufficienza. Sfruttare le risorse geotermiche in posizioni meno ideali richiede la perforazione più profonda e la forzatura di fratture nella roccia, entrambi i quali aggiungono un costo immenso. Significa anche sfruttare al meglio le risorse di calore a temperatura più bassa, che si ottiene utilizzando impianti a ciclo binario che estraggono e riutilizzano il calore dall'acqua calda sotterranea piuttosto che utilizzare l'acqua calda direttamente per far girare una turbina.
In questi impianti, l'acqua pompata in un pozzo di iniezione assorbe il calore dalla roccia calda e viene pompata di nuovo attraverso un pozzo di estrazione separato a temperature che vanno da 150 gradi Fahrenheit a 300 gradi Fahrenheit. L'acqua calda viene poi fatta passare attraverso uno scambiatore di calore, insieme ad un fluido a basso punto di ebollizione. Questo fluido, che scorre nel proprio circuito chiuso all'interno dell'impianto, assorbe il calore dall'acqua e si trasforma in vapore ad alta pressione. Il vapore passa attraverso una turbina, generando potenza, e viene quindi condensato e riciclato attraverso il circuito.
McGrail e il suo team di ricerca hanno trovato un modo per aumentare il tasso di conversione dell'energia mentre i due circuiti passano attraverso uno scambiatore di calore. Inizialmente, avevano sviluppato materiali proprietari per un altro progetto per migliorare la cattura dell'anidride carbonica emessa da un impianto di combustibili fossili. Si resero conto che i materiali avevano notevoli qualità termodinamiche quando aggiunti a un fluido organico. Il nuovo fluido ha il potenziale per catturare fino al 30% in più di calore da un circuito chiuso dell'acqua e, grazie alle sue capacità di espansione e contrazione rapida, può raggiungere pressioni più elevate per azionare la turbina.
È uno di quei momenti in laboratorio in cui guardi i dati e dici 'Wow!', dice McGrail. Il suo gruppo ha ricevuto una sovvenzione di 1,2 milioni di dollari dal programma sulle tecnologie geotermiche del Dipartimento dell'Energia per costruire un prototipo da banco che mostri le proprietà del fluido in azione.
Speriamo di ottenere un sistema di loop di prova insieme entro la fine dell'anno. Metteremo insieme un'unità di lavoro completa con scambiatore di calore, compressore, pompe e un sistema di turbine in modo da poter vedere l'intero processo in funzione, afferma.
La parte del leone del costo della geotermia è nella perforazione e nella preparazione di pozzi di produzione, afferma Susan Petty, chief technology officer di AltaRock Energy con sede a Seattle, uno sviluppatore di sistemi geotermici avanzati. Se otterrai un miglioramento dell'efficienza del 20 percento o superiore, significa che è inferiore del 20 percento, afferma. Questo è davvero, davvero significativo.
Tuttavia, ci sono potenziali ostacoli. Ron DiPippo, professore emerito di ingegneria meccanica presso l'Università del Massachusetts Dartmouth e coautore del rapporto del MIT, avverte che il fluido vaporizzato deve passare attraverso la turbina senza influire sulle prestazioni. Devi vedere queste cose con scetticismo e fare un'attenta analisi delle proprietà di questi fluidi, dice. Potresti avere un guadagno da una parte e un sacrificio dall'altra.
Testare il modo in cui i nanomateriali passano attraverso la turbina sarà una priorità una volta sviluppato il prototipo, afferma McGrail. Non sappiamo se sarà ancora un problema.