A kémiai mélyfúrás új lehetőség lehet a geotermikában?

Oldalainkon a hazai geotermikus energiahasznosításról már többször szó esett és egy önálló cikksorozatban fokozatosan végighaladunk e különös iparág teljes vertikumán, az elvektől a gyakorlatig. A téma azonban mások érdeklődését is felketlette, így a sorozattal párhuzamosan további témafelvetéseknek is adunk lehetőséget.

Nyitra György a hazai "geotermikát" koncentráló egyik legfontosabb civil szervezety a Magyar Geotermális Egyesület tagjaként, ezen kívül pedig a Magyar Termálenergia Társaság állandó követőjeként évek óta egy olyan termálenergia hasznostási eljárás elterjesztése érdekében érvel, ami véleménye szerint hosszú távon eredményes megoldás lehet az egész hazai energetika helyzetére nézve. Az alábbiakban Nyitrai György gondolatai olvashatók a témában.

A jelenlegi geotermális energetika helyzete

A hazai geotermikus gyakorlat teljesen kielégíti a közvetlen felhasználók igényeit mind az elméleti tudományok, mind a megvalósítás területén. A geotermikus energia kinyerése a felszín alatti hévízkészletek felhasználásával történik. Felkutatás, feltárás, kitermelés, felhasználás, eltávolítás – ez a megszokott gyakorlat, amely többnyire csak a lehűlt víz esetleges visszasajtolásával tér el a fosszilis energiahordozók sorsától, vagyis az előbb-utóbbi elfogyástól.

A geotermikus energiát csak akkor nevezhetjük megújulónak, ha a kivett energiahordozó pótlódik. Erre természetes és mesterséges út is létezik. Természetes pl. a Hévízi-tó hidrológiai rendszere. A tó elhasznált és csatornába engedett meleg vize a távoli Bakony karsztvízéből pótlódik úgy, hogy hosszú földalatti útján felveszi a környező meleg kőzetek hőenergiáját. (Ez került veszélybe a bauxit-bányászás során kitermelt víz miatt.) Hasonló a helyzet több nevezetes fürdőhelyünk meleg- sőt gyógyvizével is. (Hajdúszoboszló, Egerszalók, Cserkeszőlő, budai fürdők, stb.) De a jelenség nem általános, ehhez különlegesen kedvező geológiai adottság kell.

Jóval több helyen tártak fel olyan hőforrást, amely nem pótlódik ilyen gyorsan, természetes úton. Itt csak a használt víz visszasajtolásával lehet a „megújuló” jelleget fenntartani. A visszasajtolás előírás, de nem mindig megvalósítható, a geológiai adottságok miatt. Egyes kőzetekben lehetséges, másokban nem, vagy nem gazdaságos. És ügyelni kell arra is, hogy csak annyi vizet vegyünk ki, amennyi pótlódni tud.

A természetes hévizek földalatti útjukon különböző természetes anyagokat, gázokat, sókat, meszet, stb. oldanak fel és hoznak a felszínre. Ez lehet hasznos is, hiszen a gyógyvizek egészségre kedvező hatása is ennek köszönhető. Viszont sok gondot okoznak a vízből lerakodó anyagok – eltömítik, korrodálják a vezetékeket és a gépészeti berendezéseket, szennyezik a használt vizet befogadó közeget, megnehezítik a visszasajtolást.

Egy feltáratlan geotermikus energiahasznosítási lehetőség

Geotermikus eredetű elektromos energia termelésére azonban nincs lehetőségünk, a hazai földtani adottságok miatt. Ez külföldön is csak ott megoldott, ahol a közelben aktív vulkáni tevékenység található. Hazánk azonban rendelkezik egy geológiai előnnyel: ez a geotermikus gradiens globálisan magas mértéke. Azt jelenti, hogy a Föld mélyébe lehatolva nálunk gyorsabban emelkedik a kőzetek hőmérséklete, mint általában a világon. Ennek oka a mélységbeli földkéreg kedvezőbb (kisebb) vastagsága. A magas hőfokú, folyékony magma gyorsabban átfűti a szilárd kérget. Innen ered a földhő nagy része, amely ún. hőáram formájában halad felfelé, a felszínre. De hőenergia közelebb, „helyben” is keletkezik, a földkéregben mindenhol jelenlévő nukleáris anyagok bomlása során. Ez rendkívül csekély mértékű, „híg” energia – de felhasználható.

Elektromos áram fejlesztéséhez magas hőmérsékletű, nagy nyomású gőzre van szükség. Ezt pedig csak nagy hőmérséklet-különbség biztosítja. A nagy mélységekben (a világrekord 12.232 m alatt) már nincsen víz, de van magas hőfokú kőzet. Pl. hazánk alatt kb. 600 ^oC. Ha ide tudnánk hideg vizet lejuttatni, az rögtön gőzzé válna – de gyorsan le is hűtené a kút környezetét. Persze a kőzet hőtartalma is pótlódik, csak lassan. A hűlés és felmelegedés egyensúlyát a hőcserében részt vevő közegek – a víz és a kőzet – tömegének aránya szabályozza.

Számítások szerint pl. 15 km mélységből 18 MW energiát lehet kitermelni, gőz formájában. Ehhez azonban hatalmas kőzettömeget kell lehűteni: kb. 7 km sugarú, 12 km mély hengerben több száz km³ kőzet tudná folyamatosan pótolni a kivett energiát! Ami azt is jelenti, hogy a kutak 14 km-nél nem lehetnek közelebb egymáshoz, nehogy egymás földhőjét „lopják” el. De még így is megérné a kitermelés. Mert csak 1-1 kutat kellene lefúrni, a hideg víznek, ill. a felszálló gőznek, meg persze a felszínen egy törpe erőművet építeni. (A jövő úgyis a helyi kiserőműveké.) A gőz - az emberi életkorhoz viszonyítva örökké - és ingyen jönne!

A baj az, hogy hazánkban ilyen mélységbe lefúrni lehetetlen, éppen a kedvező földhőfok miatt. Az acél fúró szerszámok már sokkal kisebb mélységben megolvadnak, részben a hőmérséklet, részben a fúrási (súrlódási ) hő hatására.

A megoldás módja a kémiai mélyfúrás

Ilyen mélységbe a korszerű rotary (forgó) rendszerű mélyfúrással nem lehet lejutni. De elvileg lehet-séges a megfúrható lyukak kellő mértékű továbbmélyítése a k é m i a ismert eszközeivel.

A rotary mélyfúrásnál a kőzet bontása nagy mechanikai erővel, aprítással történik. A fúradék felszínre hozását (öblítés) általában iszapszerű folyadék (ritkán gáz vagy hab) áramoltatása végzi. A kész lyukat acélcsővel kell bélelni, a tartósság érdekében. A kémiai mélyfúrásnál e három mozzanat egy menetben történik.

A mélységbeli kőzetek mindegyike tartalmaz inkább több, mint kevesebb szilíciumdioxidot (SiO₂). A kőzetet egy izzító fej (a „fúró”) elektromos áram hőhatásával olvasztja meg és szorítja ki a helyéről. A SiO₂ –t nátronlúg (NaOH) a magas hőmérsékleten vízre és vízüvegre „ömleszti” (bontja). A kelet-kező víz persze rögtön gőzzé változik, térfogatának ezerszeresére duzzadva. Keletkezési helyről nagy nyomással tör ki és halad felfelé a kútban. Áramlása közben magával sodorja a vízüveg molekuláit, cseppjeit is. A megolvadt maradék anyagot az izzító fej a furat oldalára szorítja, ahol az a hidegebb kőzethez tapadva, egy kéregszerű bélést alkot.

A felszínre törő gőzt és a kisodort vízüveget szét lehet választani. És bár a vízüveg magában is értékes nyersanyag, vissza is lehet nyerni belőle a nátronlúgot, ismételt felhasználásra.
A kémiai mélyfúrást nem veszélyezteti a földhő, sem a súrlódási hő. Környezetet szennyező anyagokat sem eredményez. Mélységi határát a reagenst levezető cső és az elektromos kábel statikai (függesztő) képessége jelenti. Persze nem érdemes 20-25 km alá lemenni, mert ott már olyan kőzetfizikai jellemzők vannak, hogy kutat nem lehetne benne tartósan kialakítani. Ettől függetlenül a 10-20 km közötti réteg is kifogyhatatlan energiamennyiséget tartalmaz.