新しい技術により地熱エネルギーはどのようにしてより汎用性の高い電源になっているのか

ネバダ砂漠の乾燥した広がりの中で輝いているのは、太陽や風ではなく地球そのものからのエネルギーを利用する珍しい種類の発電所です。

プロジェクト レッドとして知られるこの施設は、七面鳥を丸焼きできるほど熱い岩石が何千フィートもある地中に水を汲み上げます。 プラントは 24 時間体制で、加熱された水を発電機に吸い上げます。 昨年 11 月以来、この炭素を含まない地球由来の電力がネバダ州の地域送電網に流れ込んでいます。

地熱エネルギーは、地球の超高温の核から継続的に放射されていますが、長い間比較的ニッチな電源であり、主にアイスランドのような地面から温泉が湧き出る火山地域に限られていました。 しかし、地熱愛好家は、エネルギースタートアップのファーボ・エナジーが開発したプロジェクト・レッドのネバダ州サイトのような、そのような特殊な地質条件のない場所で地球の電力を調達することを夢見てきた。

このような次世代の地熱システムは何十年も前から開発が進められてきましたが、高価で技術的に困難であることが判明し、時には地震を引き起こすこともありました。 一部の専門家は、信頼性とコスト効率を向上させるために石油とガスの採掘で磨かれた技術を活用することにより、プロジェクト・レッドのような新しい取り組みがついに転換点を示すのではないかと期待している。

この進歩により、十分な時間と資金があれば、現在世界の電力の1パーセント未満、米国の電力の0.4パーセントを発電している地熱発電が主流のエネルギー源になる可能性があるという期待が集まっている。 地熱は太陽光や風力などの断続的なエネルギー源を継続的にバックアップできるため、エネルギーシステムを化石燃料から移行する際の貴重なツールになる可能性があると主張する人もいます。 「私にとって、それは長い間、最も有望なエネルギー源でした」とスタンフォード大学のエネルギーエンジニア、ローランド・ホーンは言う。 「しかし、カーボンフリーグリッドに向けて移行している今、地熱は非常に重要です。」

波乱万丈なスタート

地熱エネルギーは、熱と、水を運ぶのに十分な浸透性のある岩石という 2 つの要素で最も効果的に機能します。 溶けた岩が地表近くでジュージューと音を立てている場所では、水が多孔質の火山岩を通って浸透し、温められて熱水、蒸気、またはその両方として上向きに泡立ちます。

水または蒸気が十分に熱い場合 (理想的には少なくとも華氏 300 度程度)、地面から抽出して発電機の発電に使用できます。 ケニアでは、発電される電力のほぼ 50% が地熱によるものです。 アイスランドは電力の 25 パーセントをこの電源から得ており、ニュージーランドは約 18 パーセント、カリフォルニア州は 6 パーセントを供給しています。

油田サービス会社SLBの地熱エネルギーコンサルティング部門、GeothermExの社長で地質学者のアン・ロバートソン・テイト氏は、米国西部など一部の天然地熱資源はまだ未開発だと指摘する。 しかし、概して、天然の高品質な地熱資源は不足しており、専門家は、エネルギーへのアクセスがはるかに困難な地域から地熱エネルギーを抽出する方法を検討するよう迫られています。 「地球には非常に熱があるのです」とロバートソン・テイト氏は言う。 しかし、「その多くは浸透性のない岩石の中に閉じ込められている」と彼女は付け加えた。

その熱を利用するには、深く掘削し、これらの非火山性の緻密な岩石に亀裂を作り、そこに水を流す必要があります。 1970 年以来、技術者たちは、深い岩石から石油やガスを吸い出すために使用される水圧破砕法 (またはフラッキング法) と同様の方法を適用して、まさにそれを実現する「強化型地熱システム」(EGS) の開発を行ってきました。 最大数マイルの深さの井戸に高圧で水が送り込まれ、岩石に亀裂が入ります。 ひび割れた岩石と水は地下にラジエーターを作り、そこで水が加熱されてから、2番目の井戸を通って地表に上がってきます。 このような EGS 施設は米国、ヨーロッパ、オーストラリア、日本で数十基建設されており、そのほとんどが実験的で政府の資金提供を受けていますが、成功はまちまちです。

有名な話として、韓国にあるEGSプラントの1つは、おそらくマグニチュード5.5の地震を引き起こした後、2017年に突然閉鎖された。 いかなる種類のフラッキングも、近くの地殻断層に圧力を加える可能性があります。 その他の問題は技術的なもので、一部のプラントでは良好な熱交換を行うのに十分な亀裂が形成されなかったり、亀裂が間違った方向に進んで 2 つの井戸を接続できなかったりしました。

しかし、1987年から2012年にかけてライン渓谷に建設されたドイツとフランスのいくつかのシステムを含む、いくつかの努力は実行可能な発電所に変わった。 そこでエンジニアは、岩石に存在する亀裂を利用しました。

しかし、全体として、EGSをより信頼性があり、収益性の高い技術に開発することへの十分な関心はまだ得られていない、とライン渓谷EGSシステムの一部の開発に貢献したドイツ、カールスルーエのエネルギー研究機関フラウンホーファーIEGの地球物理学者ディミトラ・テザ氏は言う。 「業界にとっては非常に厳しい状況でした。」