Gerald Schut
Op het Amerikaanse media-platform Vox zet sterauteur David Roberts in een lang artikel nieuwe, hoopvolle ontwikkelingen in de geothermie op een rij: enhanced geothermal systems (EGS), super-hot-rock-geothermal en advanced geothermal systems (AGS).
In theorie is het aanbod van aardwarmte overvloedig. De gesmolten aardkern is met ruim 6.000°C net zo warm als het oppervlak van de zon. De sector spreekt daarom graag van ‘de zon onder onze voeten’, die door een permanent verval van radioactieve elementen nog miljarden jaren 30 TW zal produceren, ofwel twee maal de energieconsumptie van de mensheid. De conventionele winning van aardwarmte voor elektriciteit is wereldwijd nu goed voor 15,4 GW met een capaciteitsfactor van 75%, vooral in gebieden waar die warmte relatief eenvoudig te winnen is.
Een eerste belangrijke innovatie is enhanced geothermal systems (EGS): de inzet van technieken voor de winning van schaliegas (fracking) voor geothermie. Hiermee worden aardlagen die ongeschikt waren voor winning van aardwarmte geschikt gemaakt. De technieken zouden veiliger zijn dan fracking voor gaswinning. Het Amerikaanse ministerie van Energie (DOE) schat het potentieel van de techniek in de VS alleen op 15 miljoen Twhth aan warmte. ‘Deze energiebron is theoretisch genoeg om ieder huis en kantoor in de VS voor de komende 8.500 jaar te verwarmen,’ schrijft DOE.
Nog spannender wordt het met super-hot-rock-geothermal. Boven 373°C en 220 bar wordt water ‘superkritisch’, een fase waarin het zich noch als vloeistof, noch als gas gedraagt. Het heeft dan een veel hogere enthalpie en kan 4 tot 10 keer meer energie bevatten per kg. Bovendien verdubbelt de Carnot efficiency van omzetting naar elektriciteit. Hierdoor kan een project van 400°C een 10 keer hoger vermogen leveren dan een vergelijkbaar project van 200°C. Om dit te realiseren zijn er nog technische uitdagingen te over. Olie- en gasboringen waren nooit berekend op dit soort temperaturen en er zijn ook nieuwe materialen nodig die zowel corrosie als hoge temperaturen weerstaan. In Japan, Italië en Mexico zijn proefprojecten aan de gang en in de VS werkt de Hotrock Energy Research Organization (HERO) aan de techniek.
Tenslotte wordt gewerkt aan een nieuwe generatie ‘closed loop systemen’: advanced geothermal systems (AGS). In het Canadese Alberta ontwikkelt Eavor de zogenoemde ‘Eavor-Loop’. Die bestaat uit twee verticale putten die 2 km van elkaar verwijderd zijn. De putten worden onderling verbonden door een soort diepe ondergronds radiatorstructuur, waarbij nauwkeurig lateraal boren een cruciale stap is. Door koud water in de ene put naar beneden te laten zakken en heet water uit de andere put omhoog te laten komen, ontstaat een ‘thermosifon’, waar het water zonder pomp op natuurlijk wijze in circuleert. Met een temperatuur van 150°C, is volgens Eavor een rendabele business case te bouwen. TNO is het afgelopen jaar bezig geweest om de Eavor-LITE te testen. Een Eavor-Loop kan dienen als baseload, maar kan ook als schakelbare energiebron ingezet worden door de circulatie af te knijpen. Lateraal boren bij 150°C is nog wel een uitdaging. ‘Wij zijn niet slimmer dan rest, maar wij hebben gewoon eenvoudigere theoretische problemen,’ claimt Eavor-CEO John Redfern.
