Van-e megoldás hazánkban a növelt hatékonyságú geotermikus rendszerek alkalmazására?

Oldalunkon több alkalommal is foglalkoztunk a geotermikus energia hasznosíthatóságával. Kitértünk arra, hogy hazánk rendkívül jó adottságokkal rendelkezik, ugyanakkor a hő kinyerését lehetővé tevő közvetítő anyag a termálvizek korláttlan pazarlásával e megújuló energiaforrás is fosszilisnak tekinthető, mindaddig, amíg nem gondoskodunk a felhasznált vizek visszahelyezéséről. Egy olvasónk még a kémiai mélyfúrás lehetőségeit is szóba hozta, reagálva egyben másmilyen megközelítésből megközelítve a sorozatunk mondanivalóját. Mi a helyzet azonban akkor ha olyan mélységekből kívánunk hőt kinyerni, ahol már e hőt szállító fluidum, jelen esetben a víz sem áll rendelkezésre? A világon több példa is létezik a hő közvetlen "bányászatára", ami Magyarország számára ismét hatalmas lehetőséggel kecsegtet. Kérdés, hogy élünk-e vele?

Az alábbiakban a Hot Dry Rock (HDR), vagy más és újabb nevén az Enhanced Geothermal System (EGS) ismertetésére kerül sor.

A HDR technológia elvi megfogalmazására az első olajválság idején az 1970-es években került sor, melyet a jövőbeni fokozódó energiaigény mérséklésének gondolata adta. Az elvet az Egyesül Államokbeli Los Alamos Scientific Laboratory (New Mexico) atomfizikusai fektették le. Az elgondolás alapja a nagy belső energiatartalommal bíró, de elérhető mélységben lévő forró kristályos kőzetek hőtartalmának kinyerése és hasznosítása elektromos energia termelésére. A forró száraz kőzetek energiatartalmának kinyerése a kőzetben lévő, vagy létrehozott (mesterséges) hőcserélő-felület és a benne áramló munkaközeg segítségével történhet.

A kőzetváz porózus vagy repedezett lehet, ahol a hézagtérfogatot valamilyen fluidum tölti ki. A belső energiát a kőzetváz és a fluidum együttesen tartalmazza. A hordozó közegek közül a fluidumot lehet mélyfúrású kutakon keresztül felszínre hozni. Habár a geotermikus energia a kéregben mindenütt jelen van, a kitermelhető geotermikus energia olyan hordozó közeghez kötött, amely könnyen felszínre hozható, nagy fajlagos energiatartalmú, olcsó, nagy mennyiségben rendelkezésre áll, jól kezelhető. Mindezen a követelményeket a víz elégíti ki legjobban. A víz, vagy a gőz a szokásos módszerekkel mélyfúrású kutakon keresztül könnyen felszínre hozható, energiatartalmát jó hatásfokkal adja át más hordozó közegnek. A bányászat ezesetben is a víz energiatartalmára irányul, nem magára a vízre.

A zárt ciklusú HDR-rendszernek nincs hulladékvize, szemben a hagyományos termálvíz elektromos áram előállítását célzó hasznosításával, ahol a lehűlt, bár a természetes vizeknél jóval magasabb hőmérsékletű továbbá igen magas ásványi anyag tartalmú hulladékvizek kezeléséről és elhelyezéséről jogszabályok rendelkeznek. A HDR rendszerű technológiák megfelelnek a vízvédelmi elvárásoknak, hiszen nem a rétegvizeket hasznosítják. A technológia állandó mennyiségű munkaközeggel dolgozik, amely nem kerül ki a zárt rendszerből.
Az Egyesült Államokban kidolgoztak egy tervet (1971) arra vonatkozóan, hogy a forró száraz kőzettömegben nukleáris robbantással hozzák lére a nagy mélységben elhelyezkedő hőcserélő-felületet. BURNHAM és STEWART (1973) szerint ez a rendszer 30 évig lett volna képes 200MW hőteljesítmény leadására. Ezzel egy időben a volt Szovjetunióban is felmerült a nukleáris robbantással létrehozott földalatti hőcserélő gondolata (DJADKIN, 1973). Környezetvédelmi okokból mindkét országban komoly aggályok merültek fel, így kísérletekre egyik helyen sem került sor. Jelentős áttörést a kőolajiparhoz kapcsolható fúrástechnológiai fejlesztéseket követően lehetett elérni.

A HDR/EGS-rendszerek legfontosabb eleme a geotermikus tároló (rezervoár), melynek koncepciója az olajiparból származik. (Az egyszerű, ’penny-alakú’ törésből nőtte ki magát, melyet az egységes feszültségtérben izotróp kontinuumként viselkedő kőzettestben alakítottak ki.)

Mesterséges EGS-rendszer felépítése (Forrás: srren.ipcc-wg3.de)

A HDR/EGS technológiák lelke tehát e rezervoárok, amelyek hasznosítására több elképzelés is van, a mesterségesen kialakított tárolóktól kezdve a természetes tárolókig. A "jó" rezervoár meglétéhez alapvetően ésszerű mélységben lévő, tekintélyes tömegű forró kőzetre van szükség, ahol a hőátadás könnyedén végbemehet. 

HDR megoldások a világban

A világon már több sikeres egyben nagyon tanulságos próbálkozás volt a HDR technológia alkalmazására. A legismertebbek Fenton Hill (USA), ahol magas hőmérsékletű kristályos, gránitos/metamorf aljzat kőzetre telepített HDR rendszerből gazdaságosan nyertek ki energiát. Rosemanowes (UK), ahol a Camborne School of Mines kísérleti HDR projektje zajlott a Rosemanowes kőbányában. Hijiori (JP), ahol a Hijiori kaldera D-i szélére telepítették a rendszert. 225 ⁰C-nál nagyobb hőmérséklet jelentkezett 1500 m mélyen, 1800 m mélyen közel 250 ⁰C-ot mértek. Soultz-Sous-Foréts (FR), ahol egy olyan EGS telephely megépítése volt a cél, amely esetlegesen kereskedelmi jellegű alkalmazásra is alkalmas lehet Európában. Noha sikeresen megtörtént a mesterségesen stimulált, kereskedelmi méretű rezervoár kialakítása, a termelési volumen még mindig a megkívánt érték alatt van. Cooper Basin (AU), az Ausztrál EGS projekt célja annak kimutatása volt, hogy EGS rendszer megvalósítható nagy hőmérséklettel jellemezhető területen, a meglehetősen egynemű gránitos aljzatban. Dél-Ausztrália területén nagy terjedelemben van jelen a radioaktív tartalmú gránit és más, urániumban gazdag kőzetek, melyek produkálhatnak nagy hőmérsékleteket már kis mélységben is a kéregben. Ilyen terület a Petrotherm által kialakított Paralana/Callabonna terület is.

HDR lehetősége Magyarországon

„Magyarország a legjobb földtani-geotermikus lehetőségeket kínálja EGS-fejlesztésekre Európában” – állítják Dövényi és munkatársai (2005) egy, a francia BRGM-nél 2004-ben készített tanulmány alapján.

„A leginkább ígéretes régió az ország D-i, DK-i szeglete, ezen belül is a mély medencék peremei és a medencék között található, kiemelt alaphegységi területek: Dráva, Makó, Békés, Nagykunság és Derecske. Ezekben a régiókban a kristályos alaphegység anyaga kedvező esetben gránitos, mélysége 4000 m közeli, a kőzethőmérséklet legalább 200 °C, és a terület a földrengések szempontjából is „csendes”.

Két pozitív megnyilvánulás hazai és nemzetközi, szakmailag elismert személyektől, szervezettől. Ezek alapján úgy gondolhatjuk, hogy valóban van létjogosultsága hazánkban az EGS-rendszer kialakításának. E kijelentések alátámasztására a következőkben megvizsgálom, hogy Magyarországon hol (lenne) érdemes ilyen rendszer kialakítása.

A magyarországi potenciális helyek végső meghatározásához túl kell lépnünk a hagyományosnak nevezhető hőtároló, hőkivételi helyek meghatározásán, illetve jellemzésén, ennél nagyobb mélységközben, merőben más litológiájú közegben kell a kutatást folytatni. 

Kristályos kőzetek elterjedése a Pannon medence aljzatában a geotermikus viszonyok feltüntetésével (L. Rybach, P. Dövényi, 2005. in Dr. Szanyi J. – Bíró Lóránt, 2009.)

EGS projekt megvalósításához jól repeszthető, lehetőleg homogén kőzet szükséges, tehát az ország azon területei jöhetnek számításba, ahol nagy mélységben kristályos kőzetek alkotják a medencealjzatot. „A térképen vöröses sraffozás mutatja ezeket, és a bordó foltok azok a területek, ahol a hőmérséklet az aljzatban már 3500 m mélységben elérheti a 200 °C-ot. Az ábra feltünteti ugyanakkor azokat a mélyfúrásokat, amelyek valóban nagy hőmérsékletű kőzeteket harántoltak. Csak a lilával jelölt fúrások azok, amelyekben ténylegesen >200 °C-ot mértek.

Ezek egyike sem érte el a medencealjzatot. Látnunk kell tehát, hogy az aljzat magas hőmérsékletének becslése nagy területeken csak kisebb talpmélységű fúrások adatainak extrapolációjával történt.” (Dr. Szanyi J. – Bíró Lóránt, 2009.)

’A leginkább ígéretes régió az ország D-i, DK-i szeglete, ezen belül is a mély medencék peremei és a medencék között található, kiemelt alaphegységi területek: Dráva, Makó, Békés, Nagykunság és Derecske (Dövényi és mtársai, 2005). Ezekben a régiókban a kristályos alaphegység anyaga kedvező esetben gránitos, mélysége 4000 m közeli, a kőzethőmérséklet legalább 200 °C, és a terület a földrengések szempontjából is„csendes”’ – említi Mádlné dr. Szőnyi Judit a 2008. márciusi, MTA-nak készített összeállításában.

Kiindulásképp elmondható, hogy EGS-telephely létesítésére Magyarországon leginkább a Tiszai-egység a legalkalmasabb. Korábban végigvettem mindazon területeket, mely potenciálisan szóba jöhet a továbbgondoláskor. Látni kell, hogy mindazon területek, melyek nagy hőárammal jellemezhetők, nem feltétlenül lesznek alkalmasak EGS-létesítmény telepítésére. Korábban elmondtuk, hogy EGS-telephely létesítéséhez több tényező, körülmény együttes jelenléte szükséges. Tehát, ha valamelyik terület nagy hőárammal rendelkezik, de nincs a mélyben homogén, könnyen repeszthető, jó hővezetési tényezőjű, leginkább gránit, granodiorit kőzet, akkor a megvalósítás elmaradhat. Vagy ha minden körülmény fennáll, de a terület földrengésveszélyes, nagy valószínűséggel nem kerül be a tervezési fázisba az adott terület.