Bui Nhat Minh
Intern Writer
Các nhà khoa học hiện nay đã biết cách khoan đủ sâu để khai thác nguồn năng lượng có thể cung cấp năng lượng cho thế giới trong hơn 20 triệu năm nếu chúng ta chỉ khai thác được 0,1 phần trăm năng lượng đó.
Bên trong lõi sắt và niken của Trái đất, nhiệt độ là 9.392 độ F, nóng hơn khoảng năm lần so với dung nham phun ra từ núi lửa. Nhiệt tỏa ra ngoài qua các lớp của hành tinh chúng ta, cho đến tận lớp ngoài cùng, lớp vỏ. Nhiệt của Trái đất đến từ các nguyên tố phóng xạ phân rã, và nhiệt của chúng kết hợp với nhiệt lượng khổng lồ còn sót lại từ quá trình hình thành dữ dội của hành tinh chúng ta. Lõi của chúng ta sẽ không nguội đi trong hàng tỷ năm.
Khai thác nhiệt lượng đó bằng cách khoan sâu vào lớp vỏ Trái đất sẽ mang lại một món quà là năng lượng gần như vô hạn . Trên thực tế, nhu cầu năng lượng của toàn thế giới có thể được đáp ứng trong hơn 20 triệu năm nếu chúng ta có thể khai thác được chỉ 0,1 phần trăm nguồn địa nhiệt nằm cách chân chúng ta vài dặm, theo Paul Woskov, một kỹ sư nghiên cứu nhiệt hạch cấp cao tại MIT. Trong một bài báo trên MIT News vào tháng 2 , ông đã nói về một phương pháp mới để vượt qua những thách thức trong việc tiếp cận năng lượng địa nhiệt . Phương pháp này hướng các chùm năng lượng mạnh vào đá dày đặc, nằm sâu, phá vỡ và thậm chí làm bốc hơi chúng để chúng ta có thể khai thác được nguồn năng lượng tốt.
Không giống như các nguồn năng lượng tái tạo khác như năng lượng mặt trời và gió, địa nhiệt có thể cung cấp năng lượng liên tục mà không phụ thuộc vào các điều kiện phù hợp để tồn tại. Tuy nhiên, rất khó để khoan sâu hơn 400 feet mà không làm hỏng chính mũi khoan, vì vậy năng lượng địa nhiệt chỉ chiếm 0,3 phần trăm các nguồn năng lượng trên thế giới hiện nay.
Mặc dù đã nhiều lần cố gắng, con người vẫn cố gắng và thất bại trong việc tiếp cận lớp phủ của Trái đất. Lần gần nhất chúng ta từng tiếp cận là vào năm 1989, với Kola Superdeep Borehole. Một nhóm người Nga với mục tiêu xuyên qua lớp vỏ Trái đất và tiếp cận lớp phủ đã khoan được một lỗ sâu 40.318 feet, hay khoảng 7,6 dặm, gần biên giới Na Uy. Tuy nhiên, tại thời điểm này, nhiệt độ khoảng 356 độ F, nóng hơn so với dự kiến của nhóm và quá nóng để máy khoan có thể hoạt động. Lỗ khoan hiện đã bị bỏ hoang và bị che phủ. Vì lớp phủ nằm sâu 1.800 dặm bên dưới Trái đất, nên cuối cùng, lỗ khoan "siêu sâu" này hầu như không chạm tới bề mặt - sau gần hai thập kỷ khoan.
Rõ ràng, cần có một phương pháp mới để giúp mũi khoan dễ dàng di chuyển qua lớp "đá ngầm" dày đặc, là loại đá mácma và đá biến chất tạo nên phần lâu đời nhất của lớp vỏ Trái đất và nằm bên dưới các lớp trên cùng của đá trầm tích mà chúng ta thấy xung quanh mình.
Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm khoan hỗ trợ bằng laser từ những năm 1990, khi các thí nghiệm quân sự đã thành công trong việc khoan xuyên qua đá nhanh hơn từ mười đến 100 lần so với khoan thông thường. Vào năm 2022, công ty khởi nghiệp về robot Petra ở San Francisco đã phát triển một robot khoan có tên là "Swifty" có thể bắn các chùm năng lượng định hướng vào đá nền, làm tan chảy và bốc hơi trong một quá trình gọi là sự bong tróc. Khi đá cứng nhường chỗ, đầu khoan có thể dễ dàng xuyên qua các lớp. Tuy nhiên, điều này vẫn chưa đủ mạnh để xuyên qua các lớp sâu hơn của lớp vỏ Trái đất. Hóa ra, bí quyết để khoan năng lượng địa nhiệt là kết hợp phép thuật đằng sau phản ứng tổng hợp hạt nhân - quá trình đập vỡ các nguyên tử lại với nhau dưới nhiệt độ cực cao để giải phóng năng lượng hạt nhân.
Trong lò phản ứng nhiệt hạch như tokamak , các nguyên tử chỉ có thể hợp nhất trong điều kiện cực nóng không thể tưởng tượng nổi, ở mức hàng chục triệu độ, hoặc thậm chí hơn 100 triệu độ Fahrenheit trong trường hợp của ITER . Nhiều lò phản ứng nhiệt hạch dựa vào con quay hồi chuyển để tạo ra nhiệt cần thiết. Con quay hồi chuyển tạo ra sóng điện từ trong phần sóng milimet của quang phổ, nằm giữa các vi sóng dài hơn và sóng ánh sáng khả kiến ngắn hơn. Vào những năm 1970, các nhà nghiên cứu bắt đầu sử dụng con quay hồi chuyển để tạo ra sóng milimet để làm nóng plasma cho các máy phát nhiệt hạch. Bản thân con quay hồi chuyển phát ra bức xạ khi chùm electron tăng tốc qua từ trường mạnh. Ngày nay, chúng có thể chiếu các chùm sóng milimet liên tục có công suất trên một megawatt, hiệu quả hơn khoảng 1012 lần trong việc làm bay hơi đá so với sử dụng chùm tia laser. Đó là tin tốt cho tương lai của hoạt động khoan địa nhiệt.
Vào năm 2018, Trung tâm Khoa học Plasma và Hợp nhất của MIT đã tách ra một doanh nghiệp công nghệ lai "địa nhiệt siêu sâu", Quaise Energy. Công ty đã kết hợp các mũi khoan truyền thống với năng lượng sóng milimet do con quay hồi chuyển cung cấp và chứng minh rằng con quay hồi chuyển có thể cung cấp sức mạnh cần thiết để phá hủy đá nền. Trong quá trình này, khí argon sẽ thanh lọc và làm mát lỗ khoan và bắn các hạt đá lạc trở lại bề mặt của lỗ khoan, giúp hoạt động hiệu quả hơn. Trong một cuộc thử nghiệm ngoài trời gần đây, một mũi khoan của Quaise Energy đã tạo ra một lỗ nhỏ nhưng có ý nghĩa, chứng minh rằng công nghệ của họ có khả năng hoạt động đối với các lỗ lớn hơn, sâu hơn trong tương lai, công ty đã báo cáo.
Hiện tại, Quaise Energy đang có kế hoạch khoan các lỗ thử nghiệm sâu tới 12,4 dặm, sử dụng một con quay hồi chuyển 1 megawatt có thể lướt qua lớp đá chỉ trong 100 ngày. Ở độ sâu này, nhiệt độ có thể sẽ vào khoảng 932 độ F, đủ nóng để cung cấp nguồn năng lượng địa nhiệt thực tế. Woskov, người đóng vai trò là cố vấn cho công ty, hy vọng rằng một cuộc thử nghiệm khoan sâu thành công là một khởi đầu đầy hứa hẹn để thay thế hoàn toàn nhu cầu nhiên liệu hóa thạch hiện tại của chúng ta. Thay vì than và khí đốt, ông hình dung các tua-bin nhà máy điện hiện tại sẽ quay mãi mãi bằng năng lượng địa nhiệt. Đây có thể là khởi đầu cho một tương lai không carbon, giàu năng lượng cho nhân loại.
Bên trong lõi sắt và niken của Trái đất, nhiệt độ là 9.392 độ F, nóng hơn khoảng năm lần so với dung nham phun ra từ núi lửa. Nhiệt tỏa ra ngoài qua các lớp của hành tinh chúng ta, cho đến tận lớp ngoài cùng, lớp vỏ. Nhiệt của Trái đất đến từ các nguyên tố phóng xạ phân rã, và nhiệt của chúng kết hợp với nhiệt lượng khổng lồ còn sót lại từ quá trình hình thành dữ dội của hành tinh chúng ta. Lõi của chúng ta sẽ không nguội đi trong hàng tỷ năm.
Khai thác nhiệt lượng đó bằng cách khoan sâu vào lớp vỏ Trái đất sẽ mang lại một món quà là năng lượng gần như vô hạn . Trên thực tế, nhu cầu năng lượng của toàn thế giới có thể được đáp ứng trong hơn 20 triệu năm nếu chúng ta có thể khai thác được chỉ 0,1 phần trăm nguồn địa nhiệt nằm cách chân chúng ta vài dặm, theo Paul Woskov, một kỹ sư nghiên cứu nhiệt hạch cấp cao tại MIT. Trong một bài báo trên MIT News vào tháng 2 , ông đã nói về một phương pháp mới để vượt qua những thách thức trong việc tiếp cận năng lượng địa nhiệt . Phương pháp này hướng các chùm năng lượng mạnh vào đá dày đặc, nằm sâu, phá vỡ và thậm chí làm bốc hơi chúng để chúng ta có thể khai thác được nguồn năng lượng tốt.
Không giống như các nguồn năng lượng tái tạo khác như năng lượng mặt trời và gió, địa nhiệt có thể cung cấp năng lượng liên tục mà không phụ thuộc vào các điều kiện phù hợp để tồn tại. Tuy nhiên, rất khó để khoan sâu hơn 400 feet mà không làm hỏng chính mũi khoan, vì vậy năng lượng địa nhiệt chỉ chiếm 0,3 phần trăm các nguồn năng lượng trên thế giới hiện nay.
Mặc dù đã nhiều lần cố gắng, con người vẫn cố gắng và thất bại trong việc tiếp cận lớp phủ của Trái đất. Lần gần nhất chúng ta từng tiếp cận là vào năm 1989, với Kola Superdeep Borehole. Một nhóm người Nga với mục tiêu xuyên qua lớp vỏ Trái đất và tiếp cận lớp phủ đã khoan được một lỗ sâu 40.318 feet, hay khoảng 7,6 dặm, gần biên giới Na Uy. Tuy nhiên, tại thời điểm này, nhiệt độ khoảng 356 độ F, nóng hơn so với dự kiến của nhóm và quá nóng để máy khoan có thể hoạt động. Lỗ khoan hiện đã bị bỏ hoang và bị che phủ. Vì lớp phủ nằm sâu 1.800 dặm bên dưới Trái đất, nên cuối cùng, lỗ khoan "siêu sâu" này hầu như không chạm tới bề mặt - sau gần hai thập kỷ khoan.
Rõ ràng, cần có một phương pháp mới để giúp mũi khoan dễ dàng di chuyển qua lớp "đá ngầm" dày đặc, là loại đá mácma và đá biến chất tạo nên phần lâu đời nhất của lớp vỏ Trái đất và nằm bên dưới các lớp trên cùng của đá trầm tích mà chúng ta thấy xung quanh mình.
Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm khoan hỗ trợ bằng laser từ những năm 1990, khi các thí nghiệm quân sự đã thành công trong việc khoan xuyên qua đá nhanh hơn từ mười đến 100 lần so với khoan thông thường. Vào năm 2022, công ty khởi nghiệp về robot Petra ở San Francisco đã phát triển một robot khoan có tên là "Swifty" có thể bắn các chùm năng lượng định hướng vào đá nền, làm tan chảy và bốc hơi trong một quá trình gọi là sự bong tróc. Khi đá cứng nhường chỗ, đầu khoan có thể dễ dàng xuyên qua các lớp. Tuy nhiên, điều này vẫn chưa đủ mạnh để xuyên qua các lớp sâu hơn của lớp vỏ Trái đất. Hóa ra, bí quyết để khoan năng lượng địa nhiệt là kết hợp phép thuật đằng sau phản ứng tổng hợp hạt nhân - quá trình đập vỡ các nguyên tử lại với nhau dưới nhiệt độ cực cao để giải phóng năng lượng hạt nhân.
Trong lò phản ứng nhiệt hạch như tokamak , các nguyên tử chỉ có thể hợp nhất trong điều kiện cực nóng không thể tưởng tượng nổi, ở mức hàng chục triệu độ, hoặc thậm chí hơn 100 triệu độ Fahrenheit trong trường hợp của ITER . Nhiều lò phản ứng nhiệt hạch dựa vào con quay hồi chuyển để tạo ra nhiệt cần thiết. Con quay hồi chuyển tạo ra sóng điện từ trong phần sóng milimet của quang phổ, nằm giữa các vi sóng dài hơn và sóng ánh sáng khả kiến ngắn hơn. Vào những năm 1970, các nhà nghiên cứu bắt đầu sử dụng con quay hồi chuyển để tạo ra sóng milimet để làm nóng plasma cho các máy phát nhiệt hạch. Bản thân con quay hồi chuyển phát ra bức xạ khi chùm electron tăng tốc qua từ trường mạnh. Ngày nay, chúng có thể chiếu các chùm sóng milimet liên tục có công suất trên một megawatt, hiệu quả hơn khoảng 1012 lần trong việc làm bay hơi đá so với sử dụng chùm tia laser. Đó là tin tốt cho tương lai của hoạt động khoan địa nhiệt.
Vào năm 2018, Trung tâm Khoa học Plasma và Hợp nhất của MIT đã tách ra một doanh nghiệp công nghệ lai "địa nhiệt siêu sâu", Quaise Energy. Công ty đã kết hợp các mũi khoan truyền thống với năng lượng sóng milimet do con quay hồi chuyển cung cấp và chứng minh rằng con quay hồi chuyển có thể cung cấp sức mạnh cần thiết để phá hủy đá nền. Trong quá trình này, khí argon sẽ thanh lọc và làm mát lỗ khoan và bắn các hạt đá lạc trở lại bề mặt của lỗ khoan, giúp hoạt động hiệu quả hơn. Trong một cuộc thử nghiệm ngoài trời gần đây, một mũi khoan của Quaise Energy đã tạo ra một lỗ nhỏ nhưng có ý nghĩa, chứng minh rằng công nghệ của họ có khả năng hoạt động đối với các lỗ lớn hơn, sâu hơn trong tương lai, công ty đã báo cáo.
Hiện tại, Quaise Energy đang có kế hoạch khoan các lỗ thử nghiệm sâu tới 12,4 dặm, sử dụng một con quay hồi chuyển 1 megawatt có thể lướt qua lớp đá chỉ trong 100 ngày. Ở độ sâu này, nhiệt độ có thể sẽ vào khoảng 932 độ F, đủ nóng để cung cấp nguồn năng lượng địa nhiệt thực tế. Woskov, người đóng vai trò là cố vấn cho công ty, hy vọng rằng một cuộc thử nghiệm khoan sâu thành công là một khởi đầu đầy hứa hẹn để thay thế hoàn toàn nhu cầu nhiên liệu hóa thạch hiện tại của chúng ta. Thay vì than và khí đốt, ông hình dung các tua-bin nhà máy điện hiện tại sẽ quay mãi mãi bằng năng lượng địa nhiệt. Đây có thể là khởi đầu cho một tương lai không carbon, giàu năng lượng cho nhân loại.
