Prąd z wulkanu. Islandczycy mają sposób na darmową energię

Islandczykom nie trzeba przypominać, że mieszkają na bombie. Wyspa niezbyt subtelnie przypomina im o swoim temperamencie z dużą regularnością.

Niewielki kraj ma 30 systemów wulkanicznych i ponad 600 gorących źródeł. Jest jednym z najbardziej aktywnych geologicznie miejsc na Ziemi, co zawdzięcza położeniu na grzbiecie środkowoatlantyckim, pomiędzy płytami tektonicznymi Ameryki Północnej i Eurazji.

Zeszłoroczna erupcja, która 18 grudnia zmusiła władze do ewakuacji 3700 mieszkańców rybackiego miasteczka Grindavik, była po prostu jeszcze jednym z wielu efektownych popisów tamtejszej tektoniki.

Popisem, który zresztą jeszcze się zapewne nie skończył. Choć kilkuset mieszkańców Grindaviku wróciło już do swoich domów, a kanalizacja, woda i elektryczność, zniszczone przez erupcję zaledwie 4 km. na północ od miasteczka już działają, Islandzkie Biuro Meteorologiczne przestrzega, że ciśnienie magmy pod ziemią rośnie. A to może doprowadzić do nowej erupcji. Na wszelki wypadek, na północ od miasta budowany jest 7-kilometrowy wał obronny.

Wulkany dla Islandczyków nie są jednak jedynie zagrożeniem. Już dziś aż 70 proc. energii w tym kraju jest generowanej przez elektrownie geotermalne, zasilane przez podgrzewane magmą gorące źródła.

Nowy eksperyment, znany jako Krafla Magma Testbed (KMT), idzie jeszcze dalej. Naukowcy chcą zaprząc do produkcji energii odnawialnej sam wulkan.

W 2026 r. inżynierowie wywiercą w islandzkich skałach dwa szyby, prowadzące wprost do komory magmowej wulkanu. Chcą wykorzystać supergorące opary do wytworzenia energii geotermalnej na skalę, jakiej nigdy wcześniej nie osiągnięto. Przedsięwzięcie ma za zadanie zasilić domy w całej Islandii odnawialnym, nieograniczonym źródłem energii.

Klasyczna energetyka geotermalna polega na wierceniu szybów do podziemnych zbiorników gorącej wody w celu wytworzenia pary. Para ta napędza turbiny wytwarzające energię elektryczną. Systemy te polegają jednak na stosunkowo chłodnej wodzie geotermalnej. Stosunkowo - bo zazwyczaj osiąga temperaturę od 70 do 150 stopni.

Wykorzystanie wyższych temperatur panujących w komorze magmowej, która podgrzewa wodę do setek stopni Celsjusza, mogłoby znacząco zwiększyć efektywność takiej elektrowni. Pojedyncza elektrownia magmowa mogłaby wygenerować co najmniej dziesięć razy więcej energii niż konwencjonalna elektrownia geotermalna.

Są tylko dwa problemy. Po pierwsze, trzeba się do takiej komory magmowej bezpiecznie dowiercić. Po drugie, trzeba ją znaleźć.

Wiele zbiorników stopionej skały leży stosunkowo płytko. Zaledwie kilka kilometrów pod powierzchnią Ziemi. Dowiercenie się do nich byłoby stosunkowo prostym zadaniem dla nowoczesnych systemów wiertniczych. Problem w tym, że nie wiemy dokładnie, gdzie takie zbiorniki się znajdują. Islandczycy jednak mieli szczęście.

W 2000 r. islandzkie konsorcjum ds. wierceń głębokich (IDDP) podjęło decyzję o przeprowadzeniu badawczych odwiertów w celu zbadania możliwości wykorzystania niezwykle gorącej wody pod ciśnieniem do celów energii geotermalnej. Wybrali miejsce, w którym badania geofizyczne wykazały możliwe istnienie komory magmowej na głębokości co najmniej 4,5 km. W 2008 r. rozpoczęli wiercenia.

Prace przebiegały sprawnie, ale w 2009 r. wydarzyło się coś dziwnego. Na głębokości 2000 metrów wiertło natrafiło na nieoczekiwany opór. Następnie wpadło głęboko i się zatrzymało. Po wyciągnięciu wiertła na powierzchnie okazało się, że zostało zaklejone wulkanicznym szkłem. Badacze uznali, że wiertło przebiło komorę magmową, która znajdowała się płycej, niż oczekiwano i podczas wyjmowania zalała je stopiona skała, która zatkała otwór.

Sukces był podwójny. Po pierwsze udowodniono, że da się dostać do podziemnego zbiornika magmy. Po drugie, wbrew obawom części naukowców, że przebicie jego stropu nie prowadzi do erupcji.

Wulkan, w którym wiercono, Krafla, to jeden z najbardziej aktywnych obszarów wulkanicznych na świecie. Była świadkiem licznych erupcji, z których ostatnia miała miejsce w 1984 r. Pomimo swojej niestabilnej natury, wyjątkowe położenie geologiczne Krafli sprawia, że jest to idealne miejsce dla pionierskiego projektu geotermalnego.

Problemem jest teraz opracowanie wiertła, które wytrzyma przekraczające 1300 stopni Celsjusza temperatury i ciśnienie panujące w komorze magmowej. Eksperymenty są jednak obiecujące, a zespół planuje wykonać pierwsze odwierty już za dwa lata.

Generowanie energii nie jest jednak jedynym celem projektu. Najpierw naukowcy chcą wykorzystać bezprecedensową szansę, jaką daje im bezpośredni dostęp do komory magmowej, do lepszego zrozumienia procesów rządzących wulkanami. Po raz pierwszy uczeni będą mogli bezpośrednio pobrać próbki podziemnej magmy i wrzucić do wnętrza wulkanu czujniki, które będą przekazywać dane o panujących w jego wnętrzu warunkach. Oczywiście jeśli przetrwają. Badacze porównują projekt do Wielkiego Zderzacza Hadronów geologii.

Badania mogłyby pozwolić nam lepiej prognozować zachowanie wulkanów, w tym przewidywać ich erupcje. Dziś wulkany są monitorowane przez sieci sejsmometrów i innych przyrządów na powierzchni, ale bez dokładnej wiedzy o tym, co dzieje się w komorach magmowych, przewidywanie ich zachowań pozostaje bardzo trudne. Dzięki odwiertowi na Islandii, badacze mogliby dosłownie zajrzeć do wnętrza wulkanu by zrozumieć zachodzące w nim procesy.

Sama Krafla budzi od dawna zainteresowanie wulkanologów, bo nie zachowuje się jak większość wulkanów. Większość z nich wyrzuca z siebie lawę bazaltową, która po zastygnięciu tworzy bazaltowe skały. Ale Krafla zawiera także magmę ryolitową, która zawiera więcej krzemionki i jest znacznie bardziej lepka. To z kolei przekłada się na fakt, że jest mniej skłonna do erupcji.

Islandzki projekt może więc stać się przełomem nie tylko w energetyce, ale i w nauce. Odwiert, który ma powstawać około 2 miesięcy, otworzy nam oczy na zupełnie nowy świat.