Giữa cơn khủng hoảng, thế giới phát hiện một loại năng lượng sạch bất tận bị "chôn vùi" dưới đáy giếng dầu bỏ hoang

 Câu chuyện này là một phần của loạt bài Recode by Vox's Tech Support , khám phá các giải pháp cho thế giới đang nóng lên của chúng ta.

Mỹ đang chi hàng triệu USD để khám phá một nguồn năng lượng đáng ngạc nhiên chưa được khai thác.

Hành tinh của chúng ta đang gặp rắc rối. Báo cáo về khí hậu của Liên hợp quốc từ đầu tháng 4 cho thấy rõ chúng ta đang đi trên con đường thực hiện các mục tiêu khí hậu được đặt ra trong Thỏa thuận Paris là cắt giảm lượng khí thải carbon một cách nhanh chóng. Mặc dù năng lượng mặt trời và năng lượng gió rất quan trọng, đặc biệt là trong kế hoạch khí hậu của Chính quyền Tổng thống Mỹ Biden, nhưng chúng lại là loại năng lượng đã quá phổ biến, có nghĩa là tác dụng của chúng chỉ giới hạn đến mức hiện tại mà thôi.

Báo cáo của Liên Hợp Quốc cho biết điều chúng ta cần là những giải pháp mới. Đó là lý do một chương trình thí điểm được Bộ Năng lượng Mỹ (DOE) trình bày gần đây đặc biệt được chú ý. Nếu hiểu quả, nhiều vấn đề có thể được giải quyết cùng một lúc, bằng cách sử dụng một giải pháp thường bị bỏ qua: năng lượng địa nhiệt.

Năng lượng địa nhiệt hoạt động dựa trên một tiền đề đơn giản: Lõi Trái đất nóng. Chỉ cần khoan vài dặm dưới lòng đất, chúng ta có thể khai thác một nguồn nhiệt không giới hạn để tạo ra năng lượng mà không phát thải từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch.

Tuy nhiên, chi phí khoan không hề rẻ, việc này chiếm một nửa chi phí của hầu hết các dự án năng lượng địa nhiệt. Bên cạnh đó, dự án còn đòi hỏi lao động chuyên môn để lập bản đồ bề mặt dưới đất, khoan vào lòng đất và lắp đặt cơ sở hạ tầng cần thiết để đưa năng lượng lên bề mặt.

Chính phủ liên bang đã phân bổ 4,7 tỷ đô la cho cơ sở hạ tầng liên bang để cắm các giếng bị bỏ hoang trong nỗ lực giảm thiểu tác động xấu đến sức khỏe và môi trường.

 Robyn Beck / AFP qua Getty Images
 

Nhưng Hoa Kỳ, trong bối cảnh bùng nổ dầu khí, tình trạng hàng triệu giếng dầu khí bị bỏ hoang trên khắp đất nước. Và các giếng dầu khí hóa ra có nhiều đặc điểm giống như các giếng địa nhiệt - đó là chúng là những hố sâu trong lòng đất, với các đường ống có thể đưa chất lỏng lên trên bề mặt. Vì vậy, DOE đặt câu hỏi, tại sao không sử dụng lại chúng?

Cái cũ lại có cái mới

Đó chính xác là những gì mà chương trình thử nghiệm của cơ quan, được gọi là Wells of Opportunity: ReAmplify , nhằm thực hiện, trao tổng cộng 8,4 triệu đô la cho bốn dự án trên khắp đất nước, mỗi dự án sẽ cố gắng khai thác một số giếng cổ đó để khai thác năng lượng địa nhiệt thay vì khí đốt. hoặc dầu. Nếu chúng hoạt động hiệu quả, chúng có thể là chìa khóa để không chỉ giảm việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch gây hại cho hành tinh của đất nước mà còn giúp trả lời câu hỏi làm thế nào để chuyển đổi trong số hơn 125.000 người làm công việc khai thác dầu khí trên khắp đất nước vào các công việc năng lượng sạch.

“Ý tưởng ở đây về cơ bản là bạn sản xuất tài nguyên dầu và khí đốt trong vài thập kỷ, và khi kết thúc quá trình sản xuất dầu và khí, bạn không hoàn toàn nghỉ hưu tài sản - bạn chuyển chúng sang sản xuất nhiệt,” Saeed nói Salehi , phó giáo sư kỹ thuật dầu khí tại Đại học Oklahoma và là trưởng nhóm của một trong bốn nhóm nhận tài trợ từ DOE. Salehi giải thích, các giếng dầu khí có tuổi thọ giới hạn trong vài thập kỷ, sau đó chúng dần cạn kiệt. Năng lượng địa nhiệt, nếu được quản lý đúng cách, không có vấn đề đó. “Vẻ đẹp là đây là một nguồn năng lượng liên tục sẽ không thay đổi. Nó có thể sẽ [ở đó] mãi mãi, miễn là giếng của bạn còn hoạt động, ”Salehi nói với Recode.

Salehi và nhóm của ông tại Đại học Oklahoma muốn sử dụng bốn giếng thuộc sở hữu của Blue Cedar Energy, một công ty địa phương, cho khái niệm gọi là “sử dụng trực tiếp” - sử dụng nước nóng để làm nóng các tòa nhà gần đó. Nước có thể được khai thác từ các hồ chứa ngầm hiện có hoặc, như nhóm nghiên cứu của Đại học Oklahoma đang làm, được bơm vào lòng đất và đưa trở lại bề mặt. Salehi và nhóm của anh ấy hy vọng nước họ bơm vào giếng sẽ nóng lên đến nhiệt độ khoảng 150 độ F, sau đó nó có thể được sử dụng để cung cấp hệ thống sưởi và làm mát cho một trường tiểu học và trung học nằm cách giếng khoảng 1,6 km, ở thị trấn Tuttle.

Lauren Boyd, giám đốc chương trình của chương trình Hệ thống địa nhiệt nâng cao tại Văn phòng Công nghệ địa nhiệt của DOE, nơi giám sát các khoản tài trợ cho Wells of Opportunity, cho biết: “Có một cơ hội lớn để sử dụng những giếng này để sưởi ấm và làm mát cộng đồng của chúng ta. Hơn một nửa năng lượng được sử dụng bởi các hộ gia đình Mỹ - chỉ 7% trong số đó đến từ các nguồn tái tạo vào năm 2020 - dành cho sưởi ấm và làm mát. Khi đó, việc sử dụng hàng triệu giếng bỏ hoang rải rác khắp đất nước để chuyển nguồn sưởi ấm và làm mát sang năng lượng địa nhiệt có thể dẫn đến giảm phát thải khí nhà kính.

Salehi và nhóm của ông tập trung vào việc sưởi ấm và làm mát bởi vì việc chuyển đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác thường dẫn đến một số năng lượng bị mất đi trong quá trình này. Jefferson Tester , giáo sư về hệ thống năng lượng bền vững tại Đại học Cornell , cho biết: Tùy thuộc vào nhiệt độ của nước dưới lòng đất, “có lẽ chỉ khoảng 10% năng lượng bạn lấy ra khỏi mặt đất sẽ quay trở lại dưới dạng điện năng. "Nhưng nếu bạn làm điều đó với nhiệt, bạn có thể đạt được 90% cộng một cách dễ dàng."

Sức nóng đó cũng sẽ không chỉ hữu ích vào mùa đông: vào mùa hè, nước từ giếng địa nhiệt có thể được sử dụng để điều khiển một chiếc máy được gọi là máy bơm nhiệt hấp thụ để làm mát các tòa nhà, về cơ bản là trích xuất nhiệt từ tòa nhà và đưa vào nước. Nước đó sau đó có thể được bơm vào các hồ chứa dưới lòng đất, nơi sẽ lưu trữ nhiệt lượng chiết xuất cho mùa đông tới.

Để được coi là thành công, dự án của Đại học Oklahoma phải liên tục sản xuất ít nhất một megawatt năng lượng trong vòng một năm - tức là đủ để cung cấp điện cho vài trăm ngôi nhà . Salehi tự tin họ sẽ dễ dàng vượt qua mục tiêu đó. “Ý định của chúng tôi là bốn giếng này sẽ được sử dụng cho ít nhất là trường tiểu học và trung học,” Salehi nói, “nhưng dựa trên các mô phỏng và công việc tính toán mà chúng tôi đã thực hiện, nó sẽ đủ tốt cho ba trường học.”

Địa nhiệt có thể đi xa không?

Một số nước châu Âu đã dựa vào việc sử dụng trực tiếp năng lượng địa nhiệt trên quy mô lớn; Iceland, quốc gia nổi tiếng về hoạt động núi lửa (hãy nhớ Eyjafjallajökull, người đã đóng cửa các chuyến du lịch hàng không châu Âu trong vài ngày vào năm 2010?), Sử dụng trữ lượng địa nhiệt khổng lồ của mình để sưởi ấm 90% ngôi nhà của mình. Nhưng có một số hạn chế đối với việc sử dụng trực tiếp. Patrick Fulton, phó giáo sư khoa học trái đất và khí quyển tại Cornell, giải thích: Nhiệt nhanh chóng bị mất khi vận chuyển trừ khi các đường ống được cách nhiệt tốt - thường là trong một vài dặm.

Hạn chế về khoảng cách đó là lý do tại sao ba dự án khác nhận được tài trợ từ giải thưởng DOE năm nay đang tập trung vào việc biến năng lượng địa nhiệt thành điện, có thể di chuyển xa hơn nhiều so với nhiệt. Trong khi các giếng ở gần các thị trấn và thành phố có thể được sử dụng tốt hơn để cung cấp nhiệt thông qua việc sử dụng trực tiếp, thì các giếng ở vùng sâu vùng xa có thể phù hợp hơn để tạo ra điện.

Hãy chuyển đổi năng lượng, một công ty có trụ sở tại Colorado đã nhận được tài trợ từ DOE để thiết lập một cơ sở phát điện tại mỏ dầu Blackburn ở Nevada. Không giống như các dự án khác, Transition sẽ thiết lập hoạt động của mình trên một mỏ dầu vẫn đang hoạt động - mặc dù tại các giếng đã được sử dụng trong nhiều thập kỷ và sản xuất rất ít dầu. Johanna Ostrum, giám đốc điều hành năng lượng chuyển tiếp, giải thích rằng hầu hết những gì họ sản xuất là nước thải cực nóng, là sản phẩm phụ tự nhiên của tất cả các hoạt động khai thác dầu khí. Ostrum nói với Recode: “Họ chỉ đang luân chuyển một lượng nước qua hệ thống, cố gắng loại bỏ một lượng dầu không đáng kể.

Trạm địa nhiệt Reykjanes ở Iceland thâm nhập vào một trong những hố sâu nhất và nóng nhất trên thế giới, cho phép quốc gia này gần như không phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.

 Halldor Kolbeins / AFP qua Getty Images

Ostrum giải thích, khi họ đã tách được dầu và khí đốt, các nhà khai thác giếng sẽ tốn một khoản tiền đáng kể để làm mát và xử lý tất cả lượng nước thải đó - và lượng nước đó thường nhiều hơn gấp 10 lần so với dầu chiết xuất. Thay vì để nước - và nhiệt của nó bị lãng phí, Năng lượng Chuyển tiếp có kế hoạch lắp đặt các máy có tên là Động cơ chu trình Rankine hữu cơ tại mỏ dầu sẽ biến nhiệt đó thành điện.

Động cơ chu trình Rankine hữu cơ, có kích thước bằng tủ lạnh không cửa ngăn, hoạt động bằng cách cho nước nóng đi qua bộ trao đổi nhiệt để làm nóng chất làm lạnh, sau đó quay một tuabin tạo ra điện. Nước nguội đi khi nó truyền nhiệt cho chất làm lạnh, tiếp tục đi theo con đường mà nó thường đưa ra khỏi máy phát điện và vào giếng thải; chất làm lạnh nguội đi khi nó đi ra khỏi tuabin và đi qua máy làm lạnh không khí, vì vậy nó có thể được tái sử dụng khi nước tiếp tục đi qua động cơ. Tại mỏ dầu Blackburn, nơi Năng lượng Chuyển tiếp đang thực hiện thử nghiệm của mình, nước đó sẽ đi vào cùng một bể chứa mà nó xuất phát - về cơ bản tạo ra một vòng năng lượng địa nhiệt liên tục. Ostrum nói: “Bạn lấy cùng một phân tử nước và nó tiếp tục quay vòng vòng, sử dụng Trái đất như một bộ tản nhiệt.

Giống như dự án của Đại học Oklahoma, Năng lượng Chuyển tiếp có mục tiêu liên tục tạo ra ít nhất một megawatt trong vòng một năm - mục tiêu mà Ostrum mong đợi đạt được bằng cách sử dụng nước từ ba đến năm giếng. Đầu tiên, điện năng tạo ra sẽ được sử dụng để cung cấp năng lượng cho bộ sạc xe điện và các hoạt động tại mỏ dầu, vốn thường dựa vào các tiện ích địa phương hoặc máy phát điện diesel để cung cấp năng lượng cho máy móc. Ostrum nói, đó là một viễn cảnh hấp dẫn đối với các nhà khai thác các mỏ dầu và khí đốt; họ coi đó là một cách để tận dụng nguồn nhiệt mà nếu không sẽ lãng phí.

Trong ngắn hạn, chi phí vận hành của các nhà sản xuất dầu có thể giảm xuống, vì họ sẽ không phải phụ thuộc vào một tiện ích để cung cấp năng lượng cho hoạt động của họ và việc chuyển sang năng lượng địa nhiệt sẽ giảm lượng khí thải liên quan đến việc bơm dầu và khí đốt ra khỏi đất. Ostrum cho biết, theo thời gian, mục tiêu của Năng lượng Chuyển tiếp sẽ là đơn giản tiếp quản các giếng không còn sản xuất đủ dầu và khí đốt để có hiệu quả kinh tế và chuyển đổi chúng hoàn toàn sang hoạt động địa nhiệt.

Một tương lai địa nhiệt

Ostrum đặc biệt hào hứng với những ý nghĩa rộng lớn hơn trong dự án của mình. Đầu tiên, Năng lượng chuyển tiếp có kế hoạch kết nối bộ sạc xe điện (EV) với Động cơ chu trình Rankine của họ. Nếu được mở rộng quy mô, điều đó có thể giúp mở rộng việc sạc EV ở nông thôn, vốn hiện đang rất hạn chế - theo Viện Nghiên cứu Môi trường và Năng lượng, phần lớn các khu vực nông thôn và thị trấn nhỏ hoàn toàn không có bộ sạc EV . Tuy nhiên, quan trọng hơn, Ostrum cho rằng năng lượng địa nhiệt có thể tạo ra một con đường sự nghiệp mới cho các công nhân dầu khí khi thế giới chuyển đổi từ nhiên liệu hóa thạch sang năng lượng sạch.

“Rất nhiều người mà tôi biết làm việc trong lĩnh vực dầu khí, và khi chúng ta nhìn vào một tương lai khử cacbon, sẽ không có việc làm cho những người đó,” Ostrum, người đã từng làm việc trong ngành dầu khí trước đây 15 năm cho biết. mất việc làm trong thời kỳ đại dịch. “Tôi nghĩ địa nhiệt là một nơi thực sự tuyệt vời để chúng hạ cánh. Công nhân dầu khí biết cách sản xuất chất lỏng một cách an toàn, hiệu quả và tiết kiệm. Họ tình cờ tập trung vào phần dầu khí; Tôi đang tập trung vào phần nước ”.

Brett Dawkins, người đồng sáng lập Blue Cedar Energy, công ty sở hữu hợp đồng thuê các giếng sẽ được sử dụng trong dự án của Đại học Oklahoma ở Tuttle, đồng ý. Dawkins nói: “Tất cả những kiến ​​thức chuyên môn mà bạn có được với tư cách là một kỹ sư dầu khí hoặc một nhà địa chất học sẽ được chuyển sang thế giới địa nhiệt.

Dawkins không chắc sẽ cần bao nhiêu nhân lực để chuyển các giếng dầu bị bỏ hoang của Blue Cedar Energy sang năng lượng địa nhiệt. Mặt khác, Ostrum tự tin rằng các công nhân tại các giếng dầu khí sẽ tìm được công việc mới khai thác năng lượng địa nhiệt. Ostrum viết trong một email: “Để giữ cho các giếng tiếp tục bơm hoặc hoạt động, chúng tôi sẽ cần cùng một nhân lực được sử dụng hàng ngày để vận hành các giếng dầu. “Cần cùng một lượng lao động để vận hành dầu khí cũng như vận hành một giếng địa nhiệt”.

Khả năng tạo ra một lượng năng lượng đáng kể từ những giếng bỏ hoang này là rất thú vị. Tuy nhiên, đây vẫn còn là một ý tưởng mới, vì vậy việc khám phá tiềm năng của nó sẽ mất nhiều thời gian. Đầu tiên, các dự án cần chứng minh được khả năng tồn tại của chúng; trong khoảng năm tới sẽ được dành cho việc lập kế hoạch và đánh giá tính khả thi của việc biến các giếng dầu thành tài nguyên địa nhiệt, sau đó, việc sản xuất năng lượng sẽ từ từ tăng lên. Câu hỏi lớn nhất là những ý tưởng này có khả năng mở rộng như thế nào: Rốt cuộc, một megawatt là một khoảng nhỏ so với nhu cầu năng lượng của đất nước.

Cũng có những rào cản lập pháp để vượt qua. Boyd của DOE, người đang làm việc với Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia về một khuôn khổ để chuyển đổi hợp đồng thuê dầu khí sang thuê địa nhiệt, cho biết. "Ngay bây giờ, nó không đơn giản," Boyd nói với Recode. "Có một số bang thậm chí không có quy định về địa nhiệt."

Hàng nghìn giếng dầu bị bỏ hoang như thế này ở Depew, Oklahoma, đã rò rỉ dầu, khí tự nhiên và nước muối vào đất.

 Hình ảnh J Pat Carter / Getty

 

Cũng không rõ những khái niệm đó có thể được áp dụng rộng rãi như thế nào trên toàn quốc. Boyd cho biết không phải mọi giếng dầu khí bị bỏ hoang đều có thể tái sử dụng thành năng lượng địa nhiệt. Ví dụ, cơ sở hạ tầng tại một số giếng bị bỏ hoang có thể quá xuống cấp để sử dụng cho năng lượng địa nhiệt mà không cần đầu tư đáng kể vào việc trang bị thêm, hoặc nhiệt độ dưới lòng đất ở một số giếng có thể không đủ cao để sử dụng cho năng lượng địa nhiệt. Sau đó, câu hỏi về khoảng cách: Việc kết nối các giếng từ xa với lưới điện có thể quá cồng kềnh, hoặc có thể không có đủ giếng nằm đủ gần các cộng đồng để thiết lập để sử dụng trực tiếp.

Ngay cả khi mọi thứ khác rơi vào đúng vị trí, thì trở ngại cuối cùng, ít nhất là đối với nhóm của Salehi, có thể đến ở dạng những ngôi nhà và cơ sở kinh doanh đơn giản là không được thiết lập để sử dụng năng lượng địa nhiệt để sử dụng trực tiếp. Mặc dù trải nghiệm của người dùng cuối đối với người có kết nối sử dụng trực tiếp cũng giống như đối với người có hệ thống HVAC truyền thống - về cơ bản, không khí nóng hoặc lạnh thổi qua các lỗ thông hơi trong phòng - biến nhiệt địa nhiệt thành không khí nóng hoặc lạnh đó yêu cầu cài đặt nhiệt máy bơm hoặc bộ trao đổi nhiệt, chi phí của chúng có thể rất cao.

Tuy nhiên, ngay cả với tất cả các cảnh báo, các dự án ReAmplify vẫn có nhiều hứa hẹn về năng lượng sạch hơn và quá trình chuyển đổi năng lượng sạch công bằng hơn; suy cho cùng thì quan điểm của người thí điểm là trở thành một cơ sở chứng minh. Nhưng nếu chúng hoạt động, Cornell's Tester cho biết, điều quan trọng là đừng nghĩ năng lượng địa nhiệt như một viên đạn ma thuật. “Nó không chỉ là một kích thước duy nhất, địa nhiệt có thể làm được tất cả [giải pháp],” Tester nói với Recode. “Tôi không nghĩ chúng ta nên nói điều đó như một nghề, và năng lượng mặt trời hay gió cũng vậy.”

Thay vào đó, Tester nói, người Mỹ cần bắt đầu suy nghĩ về nhu cầu năng lượng của chúng ta như những hệ thống được kết nối với nhau với nhiều phần giải pháp. Thay vì dựa vào một nguồn năng lượng cho mọi thứ, chúng ta nên sử dụng năng lượng mặt trời và năng lượng gió để cung cấp năng lượng cho các thiết bị và xe điện, trong khi dựa vào năng lượng địa nhiệt để sưởi ấm và làm mát nhiều ngôi nhà của chúng ta.

Điều đó sẽ đòi hỏi sự thay đổi trong cách chúng ta nghĩ về các nguồn năng lượng của mình, Tester nói. Ở hầu hết đất nước, dầu và khí khai thác từ giếng có thể dùng để sưởi ấm và làm mát nhà cửa, vận hành các thiết bị và cung cấp năng lượng cho ô tô của chúng ta; cho một tương lai khử cacbon, điều đó sẽ phải thay đổi. Tester nói: “Tôi không nghĩ rằng chúng ta đã đến tình trạng nghĩ về những thứ này như một hệ thống. “Tôi nghĩ đó là những gì chúng ta phải đan vào suy nghĩ của người Mỹ. Tôi nghĩ đây sẽ là một trò chơi để mọi người có thể làm cho tất cả các năng lượng tái tạo hoạt động cùng nhau. ”

Nguồn: Bởi Neel Dhanesha neel.dhanesha@vox.com - Ngày 19 tháng 4 năm 2022, 5:00 sáng EDT

https://tneu.blogspot.com/2022/04/giua-con-khung-hoang-gioi-phat-hien-mot.html#m