Głębokie złoża metali stanowią źródło odnawialnej energii termalnej i cennych surowców
Łączna ilość ciepła wytwarzanego przez Ziemię jest ogromna, jednak do tej pory wykorzystywanie go było ograniczone do płytkich obszarów pod powierzchnią, do których ciepło przedostaje się dzięki przepływom wód gruntowych. Głębiej pod skorupą ziemską temperatura wzrasta średnio o 25°C na kilometr. W ramach finansowanego ze środków UE projektu CHPM2030 opracowano technologię, która nie tylko pozwala na wykorzystanie tej głębokiej energii geotermalnej, ale umożliwia także wydobywanie cennych metali z płynu geotermalnego, czego do tej pory nigdy nie robiono.
Cała naprzód dzięki ważnej koncepcji
Technologia wspomaganego systemu geotermalnego (ang. enhanced geothermal system, EGS) polega na wstrzykiwaniu zimnej wody przez odwiert na głębokość 4–5 kilometrów, pod dużym ciśnieniem, co pozwala na powiększenie naturalnych szczelin. Woda ta ogrzewa się, przechodząc przez szczeliny w gorącej skale, i wydostaje się na powierzchnię poprzez kolejny odwiert, gdzie gorącą parę wykorzystuje się do wytwarzania ciepła i energii. Kluczowe bariery dla wprowadzenia tego systemu to wydajność podziemnego wymiennika ciepła oraz koszty inwestycji i obsługi. Jak wyjaśnia koordynatorka projektu, Éva Hartai: „Dzięki połączonemu pozyskiwaniu ciepła, energii i metali (ang. combined heat, power and metal, CHPM) z płynu geotermalnego system EGS jest bardziej atrakcyjny pod względem ekonomicznym. Aby jego zastosowanie było możliwe, określiliśmy zawartość metali położonych na dużych głębokościach na terenie całej Europy, które mają znaczenie dla naszej technologii CHPM, przetestowaliśmy wykonalność naszej koncepcji i opracowaliśmy plan wdrożenia”. Zgodnie z założeniami projektu CHPM2030 wydajny podziemny wymiennik ciepła opiera się na powolnym rozpuszczaniu się minerałów zawierających metale, który to proces powoduje dalsze otwieranie się naturalnych szczelin. Według Hartai: „Stymulacja wysokociśnieniowa nie jest konieczna, osiągamy ją dzięki samemu procesowi wypłukiwania. Proces ten powoduje dodatkowo stopniowy wzrost przepływu oraz, z czasem, wydajności termalnej odwiertów. Ponadto odwrócona elektrodializa energetyczna z wykorzystaniem geotermalnej solanki o dużym stopniu zasolenia pozwala na wytwarzanie dodatkowej mocy, dzięki czemu całkowita energia wyprodukowana w zakładzie stosującym technologię CHPM będzie jeszcze wyższa niż w tradycyjnym zakładzie stosującym technologię EGS”. Najbardziej interesujące wyniki przyniosły eksperymenty polegające na badaniu możliwości odzyskiwania metali z wykorzystaniem opatentowanej technologii elektrycznego wytrącania opartego na dyfuzji gazów oraz elektrokrystalizacji. Jak wyjaśnia Hartai, „Elektryczne wytrącanie oparte na dyfuzji gazów oraz elektrokrystalizacji to nowatorski sposób odzyskiwania metali z rozcieńczonych roztworów. Proces ten umożliwił niemal całkowity odzysk wybranych metali zawartych w danym roztworze. Eksperymenty nad elektrycznym wytrącaniem opartym na dyfuzji gazów oraz elektrokrystalizacją są skalowalne, zaś wstępne obliczenia wykonalności ekonomicznej wykazują pozytywne rezultaty”.
Dalekosiężne skutki
„Model matematyczny podsystemów inżynieryjnych umożliwia interesariuszom symulowanie różnych scenariuszy i optymalizację systemów”, opowiada Hartai. Na stronie internetowej MinPol (Agencji Międzynarodowej Polityki ds. Minerałów) dostępne pozostanie narzędzie wspierające proces decyzyjny, które służy do oceniania wykonalności ekonomicznej obu strumieni przychodów, tego dotyczącego energii, oraz tego opartego na wydobyciu metali. MinPol to prywatna firma, która uczestniczyła w realizacji projektu. Jak sugeruje nazwa projektu, celem CHPM2030 było wyłonienie czterech pilotażowych lokalizacji po przeprowadzeniu analizy europejskich złóż minerałów pod kątem potencjału wykorzystania na potrzeby rozwiązań EGS. Dodatkowo twórcy projektu przygotowali plan CHPM do 2030 roku, opisujący eksploatację takich lokalizacji. Ustalono również działania, cele i kamienie milowe na rok 2050. Ambitna kampania informacyjna przyczyniła się do rozpropagowania informacji o technologii poprzez liczne materiały multimedialne, media społecznościowe oraz kanały informacyjne partnera projektu, Europejskiej Federacji Geologów. Innowacyjna technologia w połączeniu z dużym zasięgiem i jasnymi planami realizacji powinna zagwarantować duże zainteresowanie tym rozwiązaniem, co pozwoli na zwiększenie niezależności energetycznej oraz konkurencyjności gospodarki, podnosząc zakres miejscowego wydobycia strategicznych surowców o dużym znaczeniu w przemyśle.
Słowa kluczowe
CHPM2030, ciepło, geotermalny, energia, zasilanie, metale, wydobycie, elektryczne wytrącanie oparte na dyfuzji gazów oraz elektrokrystalizacja, EGS, wspomagany system geotermalny, wymiennik ciepła, minerały, elektryczne wytrącanie, elektrokrystalizacja
