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Utilizzo della CO2 per estrarre l'energia geotermica
L'anidride carbonica generata dalle centrali elettriche potrebbe trovare una seconda vita come fluido di lavoro per aiutare a recuperare il calore geotermico da chilometri sottoterra. Un tale sistema non solo catturerebbe l'anidride carbonica e la manterrebbe fuori dall'atmosfera, ma sarebbe anche un modo conveniente per utilizzare il gas serra per generare nuova energia.
Aria calda: L'impianto geotermico di Soultz-sous-Fôrets in Alsazia, in Francia, pompa acqua nella roccia fratturata per estrarre calore e quindi generare elettricità. I ricercatori sostenuti da $ 16 milioni in fondi di stimolo federali cercano di dimostrare che tali impianti geotermici potrebbero generare il 50 percento in più di calore riciclando invece l'anidride carbonica nel sottosuolo.
I sostenitori di questo concetto non ancora dimostrato si sono assicurati un grande sostegno e denaro tanto necessario con la recente assegnazione del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti di $ 338 milioni in fondi di stimolo federali per la ricerca sull'energia geotermica. Circa 16 milioni di dollari dei fondi saranno condivisi da nove progetti relativi all'anidride carbonica guidati da Laboratorio Nazionale Lawrence Berkeley e altri laboratori nazionali, Sunnyvale, azienda di chimica combinatoria con sede in California Tecnologie Symyx , e diverse università statunitensi.
L'idea: l'anidride carbonica che viene fatta circolare attraverso regioni calde chilometri sottoterra può portare in modo efficiente il calore in superficie, dove può essere utilizzato per generare elettricità. La probabilità è che il processo lasci molta anidride carbonica nel sottosuolo, e quindi fuori dall'atmosfera, secondo Miroslav Petro, leader del progetto Symyx e scienziato dei materiali. Stai sequestrando la CO₂ e allo stesso tempo generando energia da essa.
Il concetto è stato inizialmente proposto come un modo per migliorare i sistemi che pompano l'acqua in profondità nel sottosuolo per fratturare le rocce calde, quindi portano l'acqua riscaldata attraverso un secondo pozzo per generare energia e quindi far scorrere l'acqua di nuovo verso il basso. La tecnologia è stata ostacolata fino ad oggi perché è così difficile fratturare la roccia per raggiungere il calore geotermico e sostenerne il flusso. Il progetto Soultz-sous-Fôrets dell'Unione europea in Alsazia, in Francia, il più avanzato di questo tipo al mondo, ha impiegato 20 anni per raggiungere solo 1,5 megawatt di generazione di energia (abbastanza per fornire circa 1.500 case). E il processo ha antagonizzato le comunità vicine a causa dei piccoli terremoti provocati dalla frattura aggressiva richiesta.
Nel 2000, il fisico del Los Alamos National Laboratory Donald Brown ha proposto di sostituire l'acqua con l'anidride carbonica supercritica, una forma pressurizzata che è in parte gas, in parte liquida. La CO2 supercritica è meno viscosa dell'acqua e quindi dovrebbe fluire più liberamente attraverso la roccia. Brown ha osservato che un effetto di sifonamento dovrebbe aiutare a far circolare l'anidride carbonica, grazie alla differenza di densità tra la CO2 supercritica pompata e il gas più caldo che sale, riducendo le perdite di potenza dal fluido di pompaggio. Inoltre, sosteneva Brown, invece di utilizzare preziose risorse di acqua dolce, un progetto basato sull'anidride carbonica potrebbe sequestrare l'equivalente di 70 anni di emissioni di CO2 da una centrale elettrica a carbone da 500 megawatt.
Sei anni dopo, l'idrogeologo di Lawrence Berkeley Karsten Pruess eseguì la prima modellazione dettagliata della tecnologia. Pruess ha previsto che un progetto come Soultz-sous-Fôrets potrebbe produrre circa il 50 percento in più di calore con l'anidride carbonica che con l'acqua. La maggior parte dei progetti finanziati dal DOE cercano di mettere alla prova l'ottimismo di Pruess.
La domanda più importante, secondo Petro, è come l'anidride carbonica supercritica interagirà con roccia e minerali. La CO2 supercritica ha anche un rapporto particolarmente complesso con l'acqua. Da sola, la CO2 supercritica non dovrebbe dissolvere i minerali dalle rocce - un grosso problema riscontrato nell'approccio a base d'acqua. Ma, dice Petro, l'aggiunta di una frazione di acqua alla CO2 supercritica potrebbe formare un'acqua gassata acida super-dissolvente.
Almeno uno sviluppatore, nel frattempo, sta cercando finanziamenti per una dimostrazione sul campo della geotermia a base di anidride carbonica. A settembre, sviluppatore geotermico con sede a Salt Lake City Energia GreenFire ha annunciato una joint venture con un piccolo sviluppatore di petrolio, Risorse petrolifere potenziate , per costruire un impianto dimostrativo a CO2 da due megawatt vicino al confine tra Arizona e New Mexico. Le società propongono di iniziare la perforazione di pozzi nel 2010 per accedere alla roccia calda sottostante un giacimento naturale sotterraneo di anidride carbonica. Proiettano che la posizione potrebbe produrre abbastanza calore per generare fino a 800 megawatt di potenza e, nel processo, potrebbe assorbire gran parte dell'anidride carbonica generata dalle sei grandi centrali elettriche a carbone della regione.
Invece di aggiungere CO2 ai piani di energia geotermica, il Gruppo di ricerca sui geofluidi dell'Università del Minnesota , uno dei vincitori del DOE, propone di aggiungere l'estrazione di energia geotermica ai piani esistenti per la cattura e lo stoccaggio del carbonio. Martin Saar, il geofisico dell'Università del Minnesota che guida il gruppo dei geofluidi, afferma che questo schema fornirà ulteriore valore dalle operazioni che già pompano CO2 supercritica nelle falde acquifere saline profonde per lo stoccaggio o nelle formazioni di petrolio e gas per accelerare la produzione. Quell'anidride carbonica raccoglierà calore dalle rocce circostanti, dice Saar, quindi perché non farne circolare una parte per generare energia? Ciò elimina la necessità di fratturare le rocce. E sfrutta le attrezzature esistenti e i pozzi perforati, riducendo così il costo dell'impianto geotermico.
Saar sta studiando come la CO2 supercritica interagisce con roccia, minerali e acqua. Comprendere quest'ultimo è fondamentale per lo schema del Minnesota, poiché l'anidride carbonica iniettata in una falda acquifera salina si mescolerà con l'acqua. Tuttavia, Saar afferma che potrebbe essere meno problematico di quanto sembri, perché grandi volumi di CO2 iniettati in una falda acquifera salina dovrebbero separarsi per formare uno strato distinto: la CO2 supercritica è in realtà meno densa della salamoia, quindi in una falda acquifera aumenterà e la piscina sotto la roccia del cappello.
Se il lavoro di laboratorio conferma questo e altre previsioni, afferma Saar, potrebbero testare la geotermia a CO2 sul campo in appena tre anni.