– Under jorda finner vi temperaturer på over 1000 grader celsius. Varmen kan omskapes til energi som er fornybar og nesten CO2-fri. Samtidig er jordvarmen uavhengig, tilgjengelig og stabil.
Ordene kommer fra seniorforsker Hieu Nguyen Hoang i SINTEF. Han er en av teknologene som har satt seg fore å temme de ugjestmilde forholdene i jorddypet. Det vi snakker om er etsende væsker, ekstreme trykk og temperaturer som vil ta knekken på det aller meste.
Seniorforsker Hieu Nguyen Hoang i SINTEF.
Etter hvert som verden akselererer skiftet mot grønnere og mer fornybar energi, kan geotermisk varme bli en avgjørende energikilde verden sårt trenger mer av, men som i dag gir oss alt for store klimautslipp.
Potensialet til jordvarme er så langt relativt uutnyttet; i dag kommer under tre prosent av den globale energien fra jordvarme. Hovedårsaken er høye kostander og høy energiproduksjon knyttet til boring; vi må ned til temperaturer som er høye nok for lønnsom strømproduksjon.
For jo lengre inn mot jordas kjerne vi kommer, jo varmere blir det.
Øker effektiviteten med femgangen – minst
Men nye teknologiske fremskritt bringer oss stadig nærmere målet:
På Island er de allerede godt i gang med å utnytte sine unike geologiske forhold. I dag kommer 99 prosent av islendingenes elektrisitet fra fornybare kilder, og geotermisk energi er en viktig del av energimiksen.
Iceland Deep Drilling Project (IDDP) er et forsknings- og utviklingsprosjekt som over flere år har undersøkt nærmere hvordan en kan lage brønner som både tåler de høye temperaturene og de porøse geologiske formasjonene på Island.
Compass-forskere på jobb ved et geotermisk felt på Island. Foto: Geothermal Research Cluster.
Målet er å komme ned til «superkritisk vann» – en tilstand vannet kommer i når temperaturen passerer 374 °C og trykket øker til 218 ganger lufttrykket på overflata. Disse ekstreme forholdene gir fem til ti ganger så mye elektrisitetsproduksjon enn tradisjonell geotermi.
Nøkkelfakta om geotermisk energi:
Islands lederskap
- Island produserer 5,8 prosent av verdens geotermiske elektrisitet.
- Over 99 prosent av landets elektrisitet kommer fra geotermisk og vannkraft.
- Geotermisk energi dekker 45 prosent av landets oppvarmingsbehov.
Globalt potensial
- Globalt kan geotermisk energi til sammen produsere over 200 000 terawattimer elektrisitet hvert år.
- Geotermiske ressurser finnes i over 90 land og spesielt i områder med vulkansk aktivitet eller der tektoniske plater møtes.
- Forbedrede geotermiske systemer gjør det mulig å bruke geotermisk energi i områder som ikke har naturlig høye temperaturer nær overflaten.
- Innen 2050 kan geotermisk energi levere 8,5 prosent av den globale elektrisiteten, og redusere CO₂-utslippene med 2,1 gigatonn per år.
I tillegg til å produsere strøm, kan geotermisk energi brukes til oppvarming, i industrien og i drivhus.
– Superkritisk vann, med høyere energitetthet, gir en unik mulighet for elektrisitetsproduksjon. Å frigjøre denne ressursen kan revolusjonere geotermisk kraft og gjøre den til en av de mest effektive fornybare energikildene, forklarer seniorforsker Hoang i SINTEF.
Gjennom to foregående prosjekter har partnerne i IDDP, som kommer fra flere land inklusivt norske Equinor, arbeidet med å finne løsninger på dette. Foreløpig har de ikke lyktes.
– Den første brønnen oppnådde supervarme forhold, og den andre superkritiske forhold på 4.650 meters dyp. Men begge brønnene opplevde feil på grunn av utilstrekkelige foringssystemer i brønnens yttervegg, forklarer Hoang.
- Gemini skrev tidligere om dette i denne saken: Vi er ett steg nærmere verdensrekord i jordvarme
Ny superbrønn
Nå er et nytt IDDP-prosjekt i gang: Det EU-finansierte prosjektet COMPASS tar opp tråden etter forgjengeren HotCaSe. Målet er en ny brønnkonstruksjon som både tåler høy temperatur og de porøse geologiske formasjonene. Samtidig skal kostnadene holdes mest mulig nede, slik at det blir lønnsomt og mer bærekraftig.
– Etsende væsker, ekstreme trykk og geotermiske påkjenninger er en tøff utfordring for brønndesign. Det er avgjørende med innovative løsninger for å sikre integriteten og levetiden til geotermiske brønner, sier Hieu Nguyen Hoang.
SINTEF har ansvaret for utvikling av simuleringsverktøyet for brønnen. Reykjavik Energi er ansvarlig for boring av det som blir den tredje brønnen i IDDP-prosjektet. Sammen med datterselskapet On Power har de gjennom flere forskningsprosjekter forberedt seg på oppgaven. Målet er å sette nye standarder for brønndesign ved hjelp av et internasjonalt ekspert-team.
Må tåle “alt”
Uthenting av jordvarme foregår ved at vannet nede i reservoaret flommer inn i brønnen og opp til overflaten. En arbeider i porøse formasjoner med naturlige sprekker, slik at vannet kan bevege seg i formasjonen. Utfordringen er å sikre brønnens integritet over tid under de ekstreme temperatur- og trykkforholdene som oppstår i slike geotermiske miljøer.
I prosjektet COMPASS skal forskerne utvikle teknologi som vil gi en sterkere og mer fleksibel brønn som kan håndtere de ekstreme forholdene. Dette inkluderer blant annet utvikling av sterkere og mer fleksible yttervegger, også kalt «casing», for å redusere termisk spenning. I tillegg fokuserer prosjektet på innovative, korrosjonsbestandige brønndesign.
– Ved å bruke en laser vil vi legge et beskyttende lag på røret som motstår korrosjon og som tåler det høye trykket samt etsende væsker, forteller forsker og SINTEF-kollega Tèrence Coudert.
En teknologisk spåkule
SINTEF har utviklet et avansert simuleringsverktøy, Casinteg, og denne teknologien kan endre geotermisk brønndesign fullstendig, ifølge forskerne som står bak:
Gjennom å simulere og hente ut data fra brønner gjør verktøyet det mulig å identifisere hvilke fysiske fenomen som oppstår i jorddypet. Simuleringen gir også informasjon om kjemiske reaksjoner og hvilke materialer som trengs for å lage en fleksibel konstruksjon.
– Verktøyet er helt sentralt og er et viktig resultat av det forrige HotCaSe prosjektet og det pågående COMPASS-prosjektet. Det gir oss raske beregninger på kreftene i brønnen og hva konstruksjonen tåler, slik at vi kan utvikle teknologien videre og redusere kostnadene, forteller Coudert.
I forrige prosjekt fikk «casingsystemet» raskt skade i de supervarme forholdene. Resultatet ble at forskerne verken fikk målt forholdene i brønnen eller gjennomført testene som var planlagt.
– Erfaringene fra de første IDDP brønnene viser hvor viktig casingsystemet er, at ytterveggen må holde, sier Hieu Nguyen Hoang.
Mulig gjenbruk av gamle brønner
Ifølge forskerne kan geotermisk energi spille en viktig rolle i den globale energiomstillingen og bli et pålitelig og allsidig alternativ til tradisjonell fornybar energi.
Men, geotermisk energi er mer enn en fornybar energikilde: Den kan også spille en sentral rolle i en sirkulær energiøkonomi. Ved å gjenbruke brønner for karbonfangst, termisk energilagring eller hydrogenproduksjon, kan geotermiske prosjekter forlenge livssyklusen og minimere miljøpåvirkningen.
– Målet vårt er å lage brønner med en levetid på over 30 år som kan tilpasses fremtidige anvendelser og forhold, sier Lilja Tryggvadóttir ved Reykjavik Energy og legger til:
– Vi utforsker også mulighetene for å gjenbruke og pusse opp gamle brønner, og utvinne energi fra dypere ressurser.
Dette er innovasjonene i prosjektet:
- Termisk stressreduksjon: Avansert skumsement og fleksible koblingssystemer gjør at foringsrørene kan utvide seg og trekke seg sammen mer fleksibelt, noe som reduserer strukturelle feil forårsaket av ekstreme temperaturvariasjoner og sikrer langsiktig pålitelighet.
- Korrosjonsbestandig kledning: Ved hjelp av EHLA-teknologi (Extreme High-Speed Laser Application) påfører COMPASS tynne, korrosjonsbestandige lag med høy ytelse på foringsrørkomponenter. Denne innovasjonen forlenger holdbarheten samtidig som den minimerer miljøpåvirkningen sammenlignet med tradisjonelle metoder.
- Trykkavlastningssystemer: Trykkoppbygging i brønnens ringformede rom, forårsaket av ekspanderende væsker under oppvarming, er en primær årsak til at foringsrøret kollapser. COMPASS introduserer et innovativt trykkavlastningssystem integrert i foringsrøret, som midlertidig frigjør overtrykk og automatisk forsegler igjen, og opprettholder brønnens strukturelle integritet.
- Avanserte simuleringsverktøy: Multifysikksimuleringer gir dypere innsikt i interaksjonene mellom termiske, mekaniske og kjemiske belastninger i brønner. Disse verktøyene muliggjør presise, effektive design optimalisert for supervarme geotermiske felt.
