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Sep 10, 2023

„Walking“-Anker und Plasmabohrer versprechen günstige Tiefengeothermie

Die intensive Hitze unter der Erdoberfläche ist nahezu unerschöpflich

Die intensive Hitze unter der Erdoberfläche stellt eine praktisch unerschöpfliche Quelle zuverlässiger sauberer Energie dar, die rund um die Uhr von überall auf der Erde verfügbar wäre – man könnte sie als Dampf antreiben, um Generatorturbinen anzutreiben, oder sie direkt in Fernwärmesysteme leiten.

Das ist, wenn wir es schaffen könnten. Die am leichtesten zugängliche geothermische Energie der Erde befindet sich überall dort, wo sie der Oberfläche am nächsten ist – typischerweise in geologisch instabilen Gebieten in der Nähe von Vulkanen und starker seismischer Aktivität, die nur etwa 3 % der Erdoberfläche ausmachen. Andernfalls können Sie diese Hitze nicht erreichen, ohne kilometerweit durch superhartes Gestein zu bohren.

Die beim Supertiefbohren auftretenden Temperaturen und Drücke neigen dazu, selbst die hochwertigsten Bohrer innerhalb kurzer Zeit zu zerstören. Wenn Sie den Bohrer auswechseln, müssen Sie den Bohrkopf kilometerweit unter der Erde wieder nach oben schleppen, einen neuen aufsetzen und ihn dann direkt wieder in das Bohrloch zurückbringen, bevor Sie wieder beginnen können. Dieser Prozess verschwendet viel Zeit, und Zeit ist Geld, wenn Sie solche Anlagen mieten.

Daher leistet Geothermie nur in Ländern wie Island, El Salvador, Neuseeland und anderen Gebieten, in denen sie in geringeren Tiefen verfügbar ist, wirklich einen nennenswerten Beitrag zum Stromnetz. Weltweit trägt Geothermie jährlich weniger als 100 GWh zur weltweiten Energieversorgung von rund 166,7 Millionen GWh bei.

Das slowakische Unternehmen GA Drilling war früher unter dem Namen Geothermal Anywhere bekannt – und das ist eine perfekte Zusammenfassung des Unternehmensziels: Geothermie viel billiger, schneller und einfacher zugänglich zu machen, wo immer sie benötigt wird.

GA hat zwei Schlüsseltechnologien entwickelt, die mit der vorhandenen Bohrinfrastruktur und -ausrüstung zusammenarbeiten. Das erste ist ein Wanderankersystem, das Anchorbit genannt wird.

Das Anchorbit-System platziert zwei Kragenabschnitte hinter der Bohrkrone, die jeweils über ausfahrbare Kolben verfügen, die in der Lage sind, den Bohrschaft herauszudrücken und festzuhalten. Wenn der obere Kragen das Bohrloch ergreift, bewegt sich der untere nach unten, näher an den Bohrer heran, und dann springt er mit seinen Greifkolben heraus, damit der obere Kragen losgelassen werden kann und nach unten gleitet, um ihn zu treffen. Der Vorgang wird in diesem Video veranschaulicht:

Diese Ankermanschetten stabilisieren die Bohrkrone und verhindern die Art von Vibrationen, die beim Betrieb rotierender Bohrausrüstung am Ende vieler Kilometer Kabel entstehen. Sie ermöglichen außerdem, dass zusätzliches Gewicht auf den Bohrer gedrückt wird. GA geht davon aus, dass das Anchorbit-System nicht nur die Durchdringungsgeschwindigkeit durch hartes Gestein verdoppeln wird, sondern auch die Lebensdauer vorhandener Bohrmeißel verdoppeln wird, sodass Bediener länger schneller bohren können und weniger kostspielige Bohrerwechsel erforderlich sind.

Anchorbit wird die Bohrungen auf den ersten etwa 6 Kilometern (3,7 Meilen) beschleunigen, die Zieltiefe von GA für geothermische Wärme liegt jedoch eher bei 10 km (6,2 Meilen) unter der Erde. Um dieses Niveau zu erreichen, wird die zweite Schlüsseltechnologie des Unternehmens, Plasmabit, herausgebracht.

Das Plasmabit-System kann wiederum an eine Standard-Bohranlage angeschlossen werden. Aber dieses Mal handelt es sich um ein Pulsplasma-Bohrsystem, das mit einem rotierenden Lichtbogenbrenner Gestein mit ionisiertem Gas bei 6.000 °C (10.800 °F) bestrahlt, um es zu knacken und zu schwächen, und es gleichzeitig mit Hochdruckwasser mechanisch bestrahlt Entfernen Sie Gesteinssplitter und befördern Sie sie durch das Rohr zurück an die Oberfläche. Es handelt sich im Grunde um eine Langstreckenversion der Art von Plasmabrennertunneln, die von Unternehmen wie Petra und Earthgrid näher an der Oberfläche durchgeführt werden.

Da es sich um einen berührungslosen Bohrer handelt, sollte es grundsätzlich nie erforderlich sein, den Bohrer herauszuziehen und auszutauschen. GA sagt, dass es relativ leicht durch den harten Granit bis zur 10-km-Marke vordringen wird, deutlich tiefer und kostengünstiger vordringt als ein normales Bohrgerät und dabei das Bohrloch kauterisiert. In dieser Tiefe können Sie in den meisten Gebieten mit Temperaturen über 350 °C (662 °F) rechnen, was Ihre Bohrung als Geothermiekraftwerk relevant macht.

Wenn Sie noch tiefer gehen möchten, ist eine weitaus exotischere Technologie erforderlich. Das MIT-Spinoff-Unternehmen Quaise versucht, mithilfe von Gyrotrons, die ursprünglich zur Überhitzung von Plasmen in Fusionsexperimenten entwickelt wurden, bis zur doppelten Tiefe zu bohren. Bis in eine Tiefe von 20 km (12,4 Meilen) zu gelangen, sagt Quaise, würde zu Temperaturen von über 500 °C (932 °F) führen, weit über den Punkt hinaus, an dem Wasser zu einer überkritischen Flüssigkeit wird – und Kraftwerke, die überkritisch erhitztes Wasser verwenden, sollten dazu in der Lage sein Extrahieren Sie bis zu zehnmal so viel Energie aus einem gegebenen Volumen.

Quaise plant, dies direkt unter alten Kohle- und Gaskraftwerken zu tun, wenn diese stillgelegt werden, und fossile Wärme durch saubere Geothermie zu ersetzen, dabei aber die vorhandenen Turbinen, Netzanschlüsse und andere Infrastruktur zu nutzen, die andernfalls stillgelegt würden, wenn die Pflanzen schließen.

Aber das alles hängt von einer ziemlich exotischen und hochmodernen Technologie ab. Das Quaise-Team ist derzeit „mit Hochdruck am Aufbau einiger Feld-Demo-Einheiten in Houston“, teilt uns CEO und Mitbegründer Carlos Araque per E-Mail mit. „Im Moment gibt es nicht viel zu berichten, aber wenn alles nach Plan läuft, werden wir in einem Jahr vor Ort sein und die ersten Löcher unter freiem Himmel bohren.“

Unterdessen hat GA gerade die erste „öffentliche Demonstration“ seines Anchorbit-Systems in einem Nabors-Technologiezentrum in Houston durchgeführt. Wir sind uns nicht sicher, wie öffentlich eine Demonstration eines Super-Deep-Bohrsystems wirklich sein kann, und GA äußert sich zu diesem Zeitpunkt tatsächlich nicht dazu, wie tief es in dieser Demo genau ging oder ob es gehalten hat, was es verspricht in Bezug auf Penetrationsrate und Bit-Lebensdauer.

„Mehrere Jahre lang hat unser Team unermüdlich daran gearbeitet, saubere Grundlast-Geothermie an jedem Ort der Welt zu ermöglichen“, sagt Igor Kocis, CEO und Gründer von GA Drilling, in einer Pressemitteilung. „Wir freuen uns, dass wir heute in einem echten Bohrloch einen bedeutenden Erfolg demonstriert haben: den erfolgreichen Einsatz unseres ersten Anchorbit-Tools, das auf heutige Geothermieprojekte anwendbar ist. Es wird ihre Erträge verbessern, das Risiko verringern und der aktuellen Industrie helfen, Projekte auszuweiten.“ Wir eröffnen neue Gebiete. Wir beginnen eine neue Ära für unser Unternehmen und für die gesamte Geothermiebranche, um ein entscheidender Akteur im Energiemix zu werden. Mit diesem Durchbruch haben wir einen weiteren großen Schritt in Richtung der Erfüllung unseres Versprechens „Geothermal Anywhere“ gemacht.“

Dies sind einige nette Technologien, aber wir freuen uns darauf, zu sehen, wie sie in der realen Welt funktionieren. Wenn die Bohrfortschritte von GA es wirklich ermöglichen, kostengünstige geothermische Kraftwerke mehr oder weniger überall dort zu platzieren, wo Sie sie benötigen, könnte diese Technologie einen enormen Beitrag zur globalen Energieproduktion und zum Wettlauf um null Kohlenstoffemissionen bis 2050 leisten. Und wenn Quaise seine Ziele erreicht, wird das Die Ergebnisse könnten sogar noch aussagekräftiger sein.

Quelle: GA Drilling