211service.com
Använder CO2 för att utvinna geotermisk energi
Koldioxid som genereras av kraftverk kan hitta ett andra liv som en arbetsvätska för att hjälpa till att återvinna geotermisk värme från kilometer under jord. Ett sådant system skulle inte bara fånga upp koldioxiden och hålla den borta från atmosfären, det skulle också vara ett kostnadseffektivt sätt att använda växthusgasen för att generera ny kraft.
Varm luft: Soultz-sous-Fôrets geotermiska anläggning i Alsace, Frankrike, pumpar vatten in i sprickat berg för att utvinna värme och därmed generera elektricitet. Forskare med stöd av 16 miljoner dollar i federala stimulansfonder försöker bevisa att sådana geotermiska anläggningar kan generera 50 procent mer värme genom att cykla koldioxid under jorden istället.
Anhängare av detta ännu oprövade koncept säkrade ett stort stöd och välbehövliga pengar med det amerikanska energidepartementets nyligen beviljade utmärkelse på 338 miljoner dollar i federala stimulansfonder för forskning om geotermisk energi. Cirka 16 miljoner dollar av medlen kommer att delas av nio koldioxidrelaterade projekt som leds av Lawrence Berkeley National Laboratory och andra nationella labb, Sunnyvale, CA-baserad kombinatorisk kemifirma Symyx Technologies , och flera amerikanska universitet.
Idén: Koldioxid som cirkulerar genom heta områden kilometer under jorden kan effektivt föra värme till ytan, där den kan användas för att generera elektricitet. Sannolikheten är att processen skulle lämna massor av koldioxid under jorden, och därmed utanför atmosfären, enligt Symyx projektledare och materialvetare Miroslav Petro. Du binder CO₂ och genererar samtidigt kraft från den.
Konceptet föreslogs först som ett sätt att förbättra system som pumpar vatten djupt under jorden för att spricka heta stenar, sedan för upp det uppvärmda vattnet via en andra brunn för att generera kraft, och sedan cirkulerar vattnet tillbaka ner. Tekniken har motverkats hittills eftersom det är så svårt att bryta sten för att komma åt den geotermiska värmen och upprätthålla dess flöde. Europeiska unionens Soultz-sous-Fôrets-projekt i Alsace, Frankrike, det mest avancerade projektet i världen, har tagit 20 år att nå bara 1,5 megawatts elproduktion (tillräckligt för att försörja ungefär 1 500 hem). Och processen har antagoniserat närliggande samhällen på grund av de små jordbävningar som utlösts av den aggressiva sprickbildning som krävs.
År 2000 föreslog Los Alamos National Laboratory fysiker Donald Brown att ersätta vatten med superkritisk koldioxid, en trycksatt form som är delvis gas, delvis vätska. Superkritisk CO2 är mindre trögflytande än vatten och bör därför flöda mer fritt genom berget. Brown noterade att en sifoneffekt borde hjälpa till att cirkulera koldioxiden, tack vare densitetsskillnaden mellan den superkritiska CO2 som pumpas ner och den hetare gasen som kommer upp, vilket minskar kraftförlusterna från pumpvätskan. Plus, hävdade Brown, istället för att använda värdefulla sötvattenresurser, skulle ett koldioxidbaserat projekt kunna binda upp motsvarande 70 års CO2-utsläpp från ett 500 megawatts kolkraftverk.
Sex år senare utförde Lawrence Berkeleys hydrogeolog Karsten Pruess den första detaljerade modelleringen av tekniken. Pruess räknade med att ett projekt som Soultz-sous-Fôrets skulle kunna producera cirka 50 procent mer värme med koldioxid än med vatten. De flesta av de DOE-finansierade projekten försöker testa Pruess optimism.
Den viktigaste frågan, enligt Petro, är hur superkritisk koldioxid kommer att interagera med bergarter och mineraler. Superkritisk CO2 har också ett särskilt komplext förhållande till vatten. På egen hand förväntas inte superkritisk CO2 lösa upp mineraler från bergarter - ett stort problem som man stöter på i det vattenbaserade tillvägagångssättet. Men, säger Petro, att lägga till en bråkdel av vatten till superkritisk CO2 kan bilda ett superlösligt surt sodavatten.
Minst en utvecklare söker under tiden finansiering för en fältdemonstration av koldioxidbaserad geotermi. I september, Salt Lake City-baserad geotermisk utvecklare GreenFire Energy tillkännagav ett joint venture med en liten oljeutvecklare, Förbättrade oljeresurser , att bygga en två megawatt CO2-baserad demonstrationsanläggning nära Arizona-New Mexico-gränsen. Bolagen föreslår att börja borra brunnar under 2010 för att komma åt het berg som ligger under en naturlig underjordisk koldioxidreservoar. De räknar med att platsen kan ge tillräckligt med värme för att generera upp till 800 megawatt kraft och i processen kan absorbera mycket av koldioxiden som genereras av de sex stora koleldade kraftverken i regionen.
Istället för att lägga till CO2 till planerna för geotermisk energi University of Minnesotas forskningsgrupp för geofluids , en av DOE:s pristagare, föreslår att lägga till geotermisk energiutvinning till befintliga planer för kolavskiljning och lagring. Martin Saar, geofysiker vid University of Minnesota som leder geovätskegruppen, säger att detta system kommer att ge ytterligare värde ur verksamheter som redan pumpar superkritisk CO2 in i djupa salthaltiga akviferer för lagring, eller till olje- och gasformationer för att påskynda produktionen. Den koldioxiden kommer att ta upp värme från de omgivande stenarna, säger Saar, så varför inte cirkulera en del av den för att generera kraft? Detta eliminerar behovet av att spricka stenar. Och det drar nytta av befintlig utrustning och borrade brunnar, vilket minskar kostnaden för den geotermiska anläggningen.
Saar forskar om hur superkritisk CO2 interagerar med sten, mineraler och vatten. Att förstå det senare är avgörande för Minnesota-schemat, eftersom koldioxid som injiceras i en salthaltig akvifer kommer att blandas med vatten. Saar säger dock att det kan vara ett mindre problem än det verkar, eftersom stora volymer av CO2 som injiceras i en salthaltig akvifer bör separera för att bilda ett distinkt skikt: Superkritisk CO2 är faktiskt mindre tät än saltlösningen, så i en akvifer kommer den att stiga och pool under cap rock.
Om labbarbetet bekräftar det och andra förutsägelser, säger Saar, kan de testa geotermisk koldioxid i fält om så få som tre år.