Noul potențial al energiei geotermale: magma din interiorul unui vulcan islandez

Islanda vrea să capteze energia geotermală din camera magmatică a unui vulcan, unde temperaturile ajung la 1.300 de grade.

În prezent, cele mai populare surse de energie regenerabilă sunt energia eoliană obținută prin intermediul turbinelor eoliene și energia solară captată prin panouri fotovoltaice. Principalul dezavantaj al celor două surse de energie este caracterul variabil al cantității de energie electrică generată: eficiența turbinelor eoliene depinde de frecvența și intensitatea vântului, în timp ce eficiența panourilor fotovoltaice depinde de climă, vreme sau poziționarea geografică. 

Există însă o sursă de energie regenerabilă care nu are acest dezavantaj: energia geotermală. Disponibilă în special în zonele cu activitate vulcanică și în bazinele sedimentare, energia geotermală poate fi obținută cu aceeași eficiență energetică pe tot parcursul anului și, în plus, cu costuri de producție reduse. 

Tehnologia permite extragerea de apă geotermală cu temperaturi de 70-150 de grade Celsius care poate fi utilizată direct pentru sisteme de încălzire sau, mai rar, transformată în energie electrică. 

Pe silențios dar de neoprit, electrificarea a luat pe sus lumea mobilității, cu avantaje evidente: o mașină electrică nu poluează, poate fi încărcată acum cu ușurință, presupune costuri reduse de întreținere și facilități fiscale. Misiunea Enel X Way este de accelera tranziția energetică în transport și construiește infrastructura de mobilitate în toată lumea.

Descoperă aici stațiile de încărcare potrivite pentru tine și mașina ta, acasă, la birou sau în tranzit.

Cu toate acestea, potrivit unui studiu publicat de Agenția Internațională pentru Energie Regenerabilă (International Renewable Energy Agency – IRENA), la nivelul anului 2021 doar 0,5% din puterea globală de producție de energie regenerabilă provine din surse geotermale. Mai exact, 107 GW pentru producția de energie termică și numai 16 GW pentru producția de energie electrică. 

Țările care folosesc cel mai mult energie geotermală sunt China și Statele Unite, iar în Europa se remarcă state precum Germania, Franța sau Islanda. De altfel, în Islanda 90% din cererea de energie termică și 70% din cererea de energie electrică este asigurată din surse geotermale. Chiar și așa, insula din nordul Europei pune acum bazele unui proiect ambițios care nu a fost mai încercat niciodată: obținerea de energie geotermală din camera magmatică a unui vulcan. 

Principalele țări care produc energie din surse geotermale

Descoperirea accidentală din Islanda

În Islanda există în prezent 32 de vulcani activi, iar în medie există o erupție vulcanică la fiecare 5 ani. Îți amintești probabil de erupția vulcanului Eyjafjallajökull din 2010, care a generat anularea a circa 48% dintre cursele aeriene din Europa într-un interval de 8 zile. Sau, mult mai recent, de erupția vulcanului Sundhnúkur din apropiere de Grindavík, care continuă și în prezent. 

Comunitatea științifică este însă mai preocupată de Krafla, o calderă vulcanică (foto principală) din nordul țării care s-a format prin surparea camerei magmatice a vulcanului activ Krafla, care a erupt ultima oară în 1984. Caldera vulcanică Krafla are un diametru de 10 kilometri și este situată la convergența plăcii tectonice nord-americane cu placa tectonică eurasiatică. 

Cercetătorii islandezi au intuit potențialul geotermic al acestei zone încă din 1977, cand au construit o centrală electrică cu o putere de 60 MW de energie obținută din energia geotermală a vulcanului. 

Un studiu realizat în 2006 a scos în evidență temperaturi mai ridicate la adâncimi de 3-5 kilometri, iar cercetătorii au inițiat în 2009 un proiect sub numele Iceland Deep Drilling Project (IDDP-1) pentru a studia mai bine această calderă. 

Un foraj realizat în cadrul proiectului a pătruns accidental până în camera magmatică a vulcanului Krafla. Camera magmatică este o suprafață de mari dimensiuni în interiorul scoarței terestre în care se acumulează magmă, iar datele colectate au permis cercetătorilor să descopere că magma are o temperatură de circa 1.300 de grade Celsius. 

Instrumentele utilizate în cadrul forajului au cedat din cauza temperaturilor ridicate, însă proiectul a fost considerat un succes: pe de o parte, cercetătorii au constatat că forajul accidental nu a condus la o erupție vulcanică, în ciuda faptului că, teoretic, magma se îndreaptă spre suprafața terestră în momentul în care găsește o „portiță de evadare”. Pe de altă parte, forajul accidental a condus la gândirea unui nou proiect: cum ar fi ca cercetătorii să facă un foraj pentru a profita de potențialul geotermal al acestei camere magmatice cu temperaturi de 1.300 de grade Celsius?

Spre comparație, izvoarele geotermale tradiționale se află la adâncimi asemănătoare, de 2-3 kilometri, însă temperaturile apei geotermale sunt de regulă de „numai” 90 – 150 de grade Celsius. De altfel, inclusiv izvoarele geotermale din România au temperaturi de până la 105 grade Celsius în Oradea sau până la 84 de grade Celsius în zona de nord a Bucureștiului. 

Centrala electrică din apropierea vulcanului Krafla. Foto: Dreamstime

Proiect unic: Krafla Magma Testbed

Așa a luat naștere proiectul Krafla Magma Testbed, conceput de o echipă internațională de vulcanologi, experți în energie geotermală și ingineri de foraj. Teoretic, proiectul are în primul rând scop științific. Așa cum sugerează și numele, este un „banc de probe” pentru a investiga evoluția magmei prin măsurători directe care vor evidenția modul în care aceasta se deplasează prin scoarța terestră. 

Astfel, cercetătorii vor investiga procesele care au loc în scoața terestră între magmă, roci și fluidele hidrotermale, iar temperaturile de circa 1.300 de grade Celsius vor necesita tehnologii noi care să poată funcționa optim în astfel de condiții extreme, inclusiv în privința materialelor utilizate și a senzorilor care vor înregistra date. 

Teoria a fost deja stabilită. Pentru ca instrumentele de foraj să reziste la temperaturile de 1.300 de grade, cercetătorii vor utiliza apă pentru a „îngheța” magma, adică pentru a o transforma din stare lichidă în stare solidă. În acest fel se va forma o rocă vulcanică cu o suprafață sticloasă, asemănătoare din punct de vedere chimic cu obsidianul, o rocă vulcanică amorfă cu o concentrație de apă de cel mult 3% care se găsește inclusiv în unele zone din Transilvania. 

Reprezentarea grafică a proiectului Krafla Magma Testbed. Foto:

Pasul următor va fi îndepărtea instrumentului de forare din magma înghețată pentru a crea o cavitate în interiorul căreia cercetătorii vor plasa senzori de monitorizare. În acest fel, cercetătorii vor obține informatii precise despre temperatura din interiorul camerei magmatice, ceea ce va marca o premieră în istorie. 

Va funcționa? Nu știm, este o provocare. Credem că avem echipamentele și soluțiile potrivite care să funcționeze în acel mediu, dar este dificil să știm înainte să facem efectiv experimentul ăsta. 

Hjalti Páll Ingólfsson, unul dintre cercetătorii implicați în proiect

De altfel, specialiștii speră ca noile instrumente să aducă îmbunătățiri semnificative în materie de tehnici de monitorizare a magmei. În același timp, cercetătorii își propun să realizeze o serie de experimente pentru a înțelege impactul explorărilor geotermale asupra proprietăților magmei. 

Spre deosebire de alte proiecte asemănătoare, Krafla Magma Testbed va fi primul proiect care prevede colectarea de probe de magmă. 

„Nu avem cunoștințe directe despre cum arată o cameră magmatică, un element crucial pentru a înțelege vulcanismul”, spune Paolo Papale, cercetător la Instititul Național de Geofizică din Pisa. 

Chiar dacă magma din interiorul unui vulcan ajunge în cele din urmă la suprafață în urma unei erupții și poate fi analizată, aceasta are o compoziție chimică diferită, dintr-un motiv foarte simplu: pe măsură ce își face loc spre suprafață, magma pierde o mare parte din gazele care o propulsează spre „ieșire”. 

Pe termen lung, cercetătorii speră ca datele analizate să le permită să îmbunătățească metodele de monitorizare a vulcanilor și, implicit, să anticipeze mai eficient viitoarele erupții vulcanice, ceea ce în cele din urmă ar conduce la salvarea de vieți omenești și la reducerea pagubelor materiale. 

Zona de explorare geotermală din regiunea vulcanului Krafla. Foto: Ásgeir Eggertsson – CC BY-SA 3.0

Al doilea obiectiv major este de altfel și cel care justifică întreaga investiție financiară în acest proiect: dacă va avea succes, Krafla Magma Testbed va deveni primul proiect în care se forează până în camera magmatică a unui vulcan, ceea ce oferă un potențial energetic net superior oricărui alt proiect geotermal de până acum. 

„Explorarea magmei cu o asemenea temperatură, a energiei geotermale și a fluidelor din zona respectivă va revoluționa perspectivele despre energie. Prin explorarea acestei surse de energie ne propunem să dezvoltăm soluții sustenabile mai curate pentru energie”, menționează cercetătorii. 

Cercetătorii nu știu exact la ce să se aștepte din punct de vedere al potențialului energetic, însă estimează că ar putea obține de 10 ori mai mai multă energie geotermică comparativ cu un izvor clasic de apă geotermală. 

Proiectul Krafla Magma Testbed prevede realizarea a două foraje. Primul dintre ele se numește KMT-1 și este un foraj pentru monitorizarea și cercetarea vulcanului, în timp ce forajul KMT-2 va avea scopul de a explota camera magmatică din punct de vedere energetic. Lucrările sunt programate să înceapă în 2026, iar până atunci cercetătorii speră să obțină fondurile necesare pentru dezvoltarea noilor instrumente tehnice capabile să reziste la temperaturile ridicate din camera magmatică a vulcanului. 

Caldera magmatică a vulcanului Krafla. Foto: Dreamstime

„Energia geotermală poate fi considerată un aliat în tranziția prin care renunțăm treptat la carburanții fosili. Energia geotermală poate fi considerată eficientă din punct de vedere al costurilor, stabilă și prietenoasă cu mediul înconjurător. Energia provenită din magmă poate fi considerată o sursă de risc înalt, dar cu beneficii majore”, explică Björn Þór Guðmundsson, unul dintre managerii de proiect. 

În plus, un succes în cadrul proiectului ar putea deschide noi oportunități pentru proiecte asemănătoare și în alte zone. De altfel, cercetătorii au pus deja ochii pe unele zone de rift de pe fundul oceanului, care ar putea oferi astfel noi surse de energie regenerabilă într-o perioadă în care omenirea încearcă să reducă utilizarea carburanților fosili pentru a limita pe cât posibil încălzirea globală.

Foto principală: Dreamstime.