Puiser dans la source d’énergie d’un million d’années sous nos pieds

Puiser dans la source d'énergie d'un million d'années sous nos pieds

Quaise Energy veut transformer des centrales au charbon et à gaz en puits géothermiques profonds en utilisant des rayons X pour faire fondre la roche. Crédits. Crédit : Collage de MIT News avec l’aimable autorisation de Quaise Energy

Il y a une centrale électrique au charbon abandonnée dans le nord de l’État de New York que la plupart des gens considèrent comme une relique inutile. Mais Paul Woskov du MIT voit les choses différemment.

Woskov, ingénieur de recherche au Plasma Science and Fusion Center du MIT, note que la turbine de puissance de la centrale est toujours intacte et que les lignes de transmission sont toujours reliées au réseau. En utilisant une approche sur laquelle il travaille depuis 14 ans, il espère qu’elle sera de retour en ligne, complètement sans carbone, dans la décennie.

En fait, Quaise Energy, la société commercialisant le travail de Woskov, pense que si elle peut moderniser une centrale électrique, le même processus fonctionnera sur pratiquement toutes les centrales électriques au charbon et au gaz dans le monde.

Quaise espère atteindre ces nobles objectifs en puisant dans la source d’énergie sous nos pieds. La société prévoit de vaporiser suffisamment de roche pour créer les trous les plus profonds du monde et récolter de l’énergie géothermique à une échelle qui pourrait satisfaire la consommation d’énergie humaine pendant des millions d’années. Ils n’ont pas encore résolu tous les défis d’ingénierie connexes, mais les fondateurs de Quaise ont fixé un calendrier ambitieux pour commencer à récolter l’énergie d’un puits pilote d’ici 2026.

Le plan serait plus facile à rejeter comme irréaliste s’il était basé sur une technologie nouvelle et non éprouvée. Mais les systèmes de forage de Quaise s’articulent autour d’un dispositif émettant des micro-ondes appelé gyrotron qui est utilisé dans la recherche et la fabrication depuis des décennies.

“Cela se produira rapidement une fois que nous aurons résolu les problèmes d’ingénierie immédiats liés à la transmission d’un faisceau propre et à son fonctionnement à haute densité d’énergie sans panne”, explique Woskov, qui n’est pas officiellement affilié à Quaise mais sert de conseiller. “Cela ira vite car la technologie sous-jacente, les gyrotrons, est disponible dans le commerce. Vous pouvez passer une commande auprès d’une entreprise et vous faire livrer un système tout de suite. Certes, ces sources de faisceaux n’ont jamais été utilisées 24h/24, 7j/7, mais elles sont conçues être opérationnel pendant de longues périodes. Dans cinq ou six ans, je pense que nous aurons une usine en marche si nous résolvons ces problèmes d’ingénierie. Je suis très optimiste.

Woskov et de nombreux autres chercheurs utilisent des gyrotrons pour chauffer des matériaux dans des expériences de fusion nucléaire depuis des décennies. Ce n’est qu’en 2008, cependant, après que le MIT Energy Initiative (MITEI) a publié une demande de propositions sur les nouvelles technologies de forage géothermique, que Woskov a pensé à utiliser des gyrotrons pour une nouvelle application.

“[Gyrotrons] n’ont pas été bien médiatisés dans la communauté scientifique générale, mais ceux d’entre nous dans la recherche sur la fusion ont compris qu’il s’agissait de sources de faisceaux très puissantes – comme les lasers, mais dans une gamme de fréquences différente “, dit Woskov. ” J’ai pensé, pourquoi ne pas diriger ces des faisceaux de haute puissance, au lieu de se transformer en plasma de fusion, descendent dans la roche et vaporisent le trou ?”

Alors que l’énergie provenant d’autres sources d’énergie renouvelables a explosé au cours des dernières décennies, l’énergie géothermique a plafonné, principalement parce que les centrales géothermiques n’existent que dans des endroits où les conditions naturelles permettent l’extraction d’énergie à des profondeurs relativement faibles allant jusqu’à 400 pieds sous la surface de la Terre. À un certain point, le forage conventionnel devient impraticable car la croûte plus profonde est à la fois plus chaude et plus dure, ce qui use les forets mécaniques.

L’idée de Woskov d’utiliser des faisceaux de gyrotron pour vaporiser la roche l’a envoyé dans un voyage de recherche qui ne s’est jamais vraiment arrêté. Grâce à un financement du MITEI, il a commencé à effectuer des tests, remplissant rapidement son bureau de petites formations rocheuses qu’il avait projetées avec des ondes millimétriques à partir d’un petit gyrotron du Plasma Science and Fusion Center du MIT.

Vers 2018, les roches de Woskov ont attiré l’attention de Carlos Araque ’01, SM ’02, qui avait passé sa carrière dans l’industrie pétrolière et gazière et était à l’époque directeur technique du fonds d’investissement du MIT, The Engine.

Puiser dans la source d'énergie d'un million d'années sous nos pieds

Woskov montrant des échantillons dans son laboratoire en 2016. Crédit : Paul Rivenberg

Cette année-là, Araque et Matt Houde, qui travaillaient avec la société géothermique AltaRock Energy, ont fondé Quaise. Quaise a rapidement reçu une subvention du ministère de l’Énergie pour étendre les expériences de Woskov à l’aide d’un gyrotron plus grand.

Avec la plus grande machine, l’équipe espère vaporiser un trou 10 fois plus profond que les expériences de laboratoire de Woskov. Cela devrait être accompli d’ici la fin de cette année. Après cela, l’équipe vaporisera un trou 10 fois plus profond que le précédent, ce que Houde appelle un trou de 100 pour 1.

“C’est quelque chose [the DOE] est particulièrement intéressé, car ils veulent relever les défis posés par l’enlèvement de matière sur ces plus grandes longueurs. En d’autres termes, pouvons-nous montrer que nous éliminons complètement les vapeurs de roche ? » 1 test nous donne également la confiance nécessaire pour sortir et mobiliser un prototype d’appareil de forage gyrotron sur le terrain pour les premières démonstrations sur le terrain.”

Les tests sur le trou de 100 à 1 devraient être terminés au cours de l’année prochaine. Quaise espère également commencer à vaporiser de la roche lors d’essais sur le terrain à la fin de l’année prochaine. La courte chronologie reflète les progrès que Woskov a déjà réalisés dans son laboratoire.

Bien que davantage de recherche en ingénierie soit nécessaire, l’équipe s’attend à pouvoir forer et exploiter ces puits géothermiques en toute sécurité. “Nous pensons, grâce au travail de Paul au MIT au cours de la dernière décennie, que la plupart, sinon la totalité, des questions fondamentales de physique ont trouvé une réponse et ont été résolues”, a déclaré Houde. “Ce sont vraiment des défis d’ingénierie auxquels nous devons répondre, ce qui ne veut pas dire qu’ils sont faciles à résoudre, mais nous ne travaillons pas contre les lois de la physique, auxquelles il n’y a pas de réponse. Il s’agit plutôt de surmonter certains des plus de considérations techniques et de coût pour que cela fonctionne à grande échelle.”

L’entreprise prévoit de commencer à récolter de l’énergie à partir de puits géothermiques pilotes qui atteignent des températures de roche allant jusqu’à 500 ° C d’ici 2026. À partir de là, l’équipe espère commencer à réaffecter les centrales au charbon et au gaz naturel en utilisant son système.

“Nous pensons que si nous pouvons creuser jusqu’à 20 kilomètres, nous pouvons accéder à ces températures extrêmement chaudes dans plus de 90% des endroits à travers le monde”, a déclaré Houde.

Le travail de Quaise avec le DOE aborde ce qu’il considère comme les plus grandes questions restantes concernant le forage de trous d’une profondeur et d’une pression sans précédent, telles que l’enlèvement de matière et la détermination du meilleur tubage pour maintenir le trou stable et ouvert. Pour ce dernier problème de stabilité du puits, Houde pense qu’une modélisation informatique supplémentaire est nécessaire et prévoit terminer cette modélisation d’ici la fin de 2024.

En forant les trous dans les centrales électriques existantes, Quaise pourra aller plus vite que s’il devait obtenir des permis pour construire de nouvelles centrales et lignes de transmission. Et en rendant leur équipement de forage à ondes millimétriques compatible avec la flotte mondiale existante d’appareils de forage, cela permettra également à l’entreprise de puiser dans la main-d’œuvre mondiale de l’industrie pétrolière et gazière.

« À ces températures élevées [we’re accessing]nous produisons de la vapeur très proche, voire supérieure, à la température à laquelle fonctionnent les centrales électriques au charbon et au gaz d’aujourd’hui », explique Houde. « Nous pouvons donc aller dans les centrales électriques existantes et dire : « Nous pouvons remplacer 95 à 100 % de votre consommation de charbon en développant un champ géothermique et en produisant de la vapeur à partir de la Terre, à la même température que vous brûlez du charbon pour faire fonctionner votre turbine, remplaçant directement les émissions de carbone.”

Transformer les systèmes énergétiques mondiaux en si peu de temps est quelque chose que les fondateurs considèrent comme essentiel pour aider à éviter les scénarios de réchauffement climatique les plus catastrophiques.

“Il y a eu des gains énormes dans les énergies renouvelables au cours de la dernière décennie, mais la situation dans son ensemble aujourd’hui est que nous n’allons pas assez vite pour atteindre les jalons dont nous avons besoin pour limiter les pires impacts du changement climatique”, a déclaré Houde. “[Deep geothermal] est une ressource énergétique qui peut évoluer n’importe où et qui a la capacité de puiser dans une grande main-d’œuvre de l’industrie de l’énergie pour reconditionner facilement leurs compétences pour une source d’énergie totalement sans carbone.”


Quaise Energy a l’intention de convertir les centrales électriques à la géothermie en forant plus profondément avec une nouvelle technologie


Fourni par le Massachusetts Institute of Technology

Cette histoire est republiée avec l’aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l’actualité de la recherche, de l’innovation et de l’enseignement du MIT.

Citation: Puiser dans la source d’énergie d’un million d’années sous nos pieds (2022, 28 juin) récupéré le 28 juin 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-06-million-year-energy-source-feet.html

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