Trong bối cảnh thế giới đang đối mặt với khủng hoảng năng lượng và biến đổi khí hậu, việc khai thác năng lượng từ lòng đất trở thành một giải pháp tiềm năng. Nguồn năng lượng này không chỉ dồi dào mà còn thân thiện với môi trường, hứa hẹn sẽ mang lại những lợi ích to lớn cho nhân loại.
Lỗ khoan bị chốt chặt ở Kola vào năm 2012. Ảnh: Wikimedia
Năng lượng địa nhiệt là nguồn năng lượng tái tạo liên tục từ lớp vỏ và lớp phủ của Trái Đất. Đây là một nguồn tài nguyên phong phú, có khả năng cung cấp điện mà không gây ra khí thải carbon hay chất thải phóng xạ. Theo ước tính của các tổ chức năng lượng, tiềm năng khai thác địa nhiệt có thể đáp ứng gấp 10 lần nhu cầu điện hiện tại của toàn cầu. Tuy nhiên, thách thức lớn nhất trong việc khai thác nguồn năng lượng này là cần phải khoan sâu vào lòng đất.
Khi khoan xuống mỗi km, áp suất và nhiệt độ tăng lên đáng kể, tạo ra những khó khăn trong quá trình khai thác. Đá gần bề mặt có tính chất giòn, trong khi các lớp sâu hơn lại mềm mại và dễ bị biến dạng, gây khó khăn cho việc duy trì lỗ khoan. Hệ thống khoan truyền thống thường gặp khó khăn khi phải làm việc ở độ sâu lớn hơn 10 km, điều này đã khiến cho một số dự án khai thác địa nhiệt kéo dài hàng thập kỷ.
Ngay cả khi lỗ khoan vẫn mở, nhiệt độ cao có thể làm hỏng thiết bị điện tử và các vật liệu nhựa. Hệ thống đo từ xa thường chỉ hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ dưới 175 độ C, trong khi nhiệt độ ở các lớp đá sâu có thể vượt quá 373 độ C. Giải quyết những vấn đề này là một trong những mục tiêu chính trong nghiên cứu và phát triển năng lượng địa nhiệt.
Khi vượt qua ngưỡng 373 độ C, nước bơm xuống sẽ chuyển sang trạng thái siêu tới hạn, mang lại mật độ năng lượng cao hơn cả dạng lỏng và khí. Các nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng nước muối siêu tới hạn có thể tăng công suất của nhà máy địa nhiệt lên gấp 10 lần, cung cấp năng lượng tương đương với một nhà máy điện hạt nhân nhưng với diện tích nhỏ hơn nhiều.
Địa điểm thử nghiệm khai thác năng lượng địa nhiệt của Fervo ở phía bắc Nevada. Ảnh: Alastair Wiper/Fervo Energy
Các Dự Án Khai Thác Năng Lượng Địa Nhiệt
Các công ty nghiên cứu năng lượng đang tích cực phát triển các công nghệ mới để khai thác năng lượng địa nhiệt. Một trong số đó là Quaise Energy, đang thử nghiệm sử dụng sóng điện từ để khoan thay vì sử dụng thép cứng. Họ đặt mục tiêu hoàn thành giếng thử nghiệm sâu 3 km vào năm 2026 và xây dựng nhà máy thí điểm 100 MW trước năm 2030.
Công ty Fervo Energy cũng đang tiến hành khoan các giếng giao nhau với độ sâu khoảng 2,5 km, sử dụng nước áp suất cao để tạo ra mạng lưới nứt kích thích. Hệ thống này tận dụng hiệu ứng siphon nhiệt, cho phép tuần hoàn chất lỏng mà không cần bơm, giúp tiết kiệm năng lượng.
Thêm vào đó, một dự án ở Utah đang hướng tới mục tiêu sản xuất 400 MW điện, đủ để cung cấp cho hơn 400.000 hộ gia đình. Công nghệ này dựa trên các giàn khoan dầu hiện có, cho phép triển khai nhanh chóng tại những khu vực có lớp vỏ nóng.
Ngoài ra, một số công ty khởi nghiệp đang thử nghiệm các hệ thống tản nhiệt kín, trong đó dung dịch khoan không tiếp xúc với đá, nhằm tránh tình trạng tắc nghẽn. Một số khác đang kết hợp nước muối địa nhiệt với CO2 siêu tới hạn để tối ưu hóa hiệu suất khai thác.
Chính phủ New Zealand cũng đang đầu tư mạnh mẽ vào năng lượng địa nhiệt siêu tới hạn, với nguồn tài nguyên ước tính lên tới 3.500 MW. Tuy nhiên, việc tiếp cận và khai thác nguồn tài nguyên này vẫn còn nhiều thách thức.
Nhà máy điện địa nhiệt Appi tại Hachimantai, tỉnh Iwate, hoạt động thương mại vào tháng 3/2024. Ảnh: Appi Geothermal Energy/Jiji
Nhật Bản, với nhiều suối nước nóng, cũng đang khai thác tiềm năng địa nhiệt. Nhà máy điện địa nhiệt Appi ở Hachimantai, tỉnh Iwate, dự kiến sẽ hoạt động vào tháng 3/2024, với công suất tối đa khoảng 15.000 kW, đủ cung cấp điện cho 26.000 hộ gia đình.
Các công ty tại Nhật Bản đang tiến hành khảo sát tại nhiều khu vực khác nhau, với mục tiêu khởi động một dự án địa nhiệt mới mỗi ba năm. Họ hy vọng đến năm 2050, năng lượng địa nhiệt sẽ chiếm khoảng 70% trong tổng nhu cầu điện của quốc gia.
Các nhà máy địa nhiệt sâu thường có kích thước nhỏ gọn, chỉ thải ra hơi nước và tái chế chất làm mát trong vòng lặp kín. Khi chi phí khoan siêu sâu giảm và thời gian khoan được rút ngắn, năng lượng địa nhiệt có thể trở thành một giải pháp bền vững cho nhu cầu năng lượng toàn cầu.
Trong tương lai, các hệ thống địa nhiệt có thể đạt độ sâu 10 km và nhiệt độ lên tới 500 độ C, sản xuất lượng lớn năng lượng sạch với diện tích đất nhỏ hơn so với các trang trại điện mặt trời hoặc gió. Đặc biệt, năng lượng địa nhiệt có thể cung cấp nguồn năng lượng liên tục, khắc phục những hạn chế của năng lượng tái tạo khác như năng lượng mặt trời và gió, đồng thời giảm thiểu nhu cầu lưu trữ năng lượng theo mùa.
Thu Thảo (Tổng hợp)
