フュージョン技術は近くロック解除される予定です

地球の核が熱いことは誰もが知っていますが、その規模にはまだ驚くべき力があるのか​​もしれません。 核の鉄の中心の温度は、約 5,200 °C (9,392 °F) であると推定されています。これは、崩壊する放射性元素からの熱と、惑星の形成そのものからまだ残っている熱とが結合することによって生成されます。渦巻くガスと塵の雲が、自らの重力によって球状に押しつぶされた。

熱が利用できる場所では、採取可能な地熱エネルギーがあります。 そして、MITの上級核融合研究エンジニアであるポール・ウォスコフ氏によると、地表の下には非常に多くの熱が存在し、そのわずか0.1パーセントを利用するだけで、2000万年以上にわたって世界の全エネルギー需要を賄うことができるという。

問題はアクセスです。 地下熱源が地表近くに自然に発生し、簡単にアクセスでき、経済的に実行可能な送電が可能な関連送電網に十分近い場所では、地熱は完全に信頼性の高い、24 時間稼働のグリーン発電の稀な例になります。 太陽は輝きを失い、風も吹かなくなりましたが、岩は常に熱いです。 もちろん、このような状況はかなりまれであり、その結果、現在、地熱は世界のエネルギー消費量の約 0.3 パーセントしか供給していません。

十分に深く掘削できれば、希望する場所に地熱発電所を設置できるでしょう。 しかし、それは思っているよりも難しいことです。 地球の地殻の厚さは約 5 ～ 75 km (3 ～ 47 マイル) の間で変化しており、最も薄い部分は深海にある傾向があります。

人類がこれまでに掘削に成功した最も深い穴は、コラ超深井戸です。 ノルウェー国境近くのこのロシアのプロジェクトは、地殻をマントルまで貫通することを目的として 1970 年に打ち切られ、1989 年にボーリング孔の 1 つが垂直深さ 12,289 m (40,318 フィート) に達しましたが、チームはそれが実行不可能であると判断しました。さらに奥へ進むとお金がなくなってしまいました。

コラチームのメンバーは、その深さでは温度が約 100 °C (212 °F) になると予想していましたが、実際には 180 °C (356 °F) に近いことがわかりました。 岩石は予想よりも密度が低く、多孔質であり、これらの要因が高温と組み合わさって悪夢のような掘削条件を生み出しました。 コラ遺跡は完全に荒廃しており、人類の到達点の頂点（あるいは最下点）であるこの「地獄の入り口」は、今では匿名の、溶接で閉ざされた穴となっている。

ドイツは 80 年代後半に独自のバージョンに 2 億 5 億ユーロ以上を費やしましたが、ドイツ大陸深部掘削プログラム (KTB ボーリング孔) は、9,101 メートル (29,859 フィート) に到達しただけで終了しました。 ここでも気温が予想よりはるかに早く上昇し、KTBチームもこの深さの岩石が固体ではなく、大量の液体とガスがボーリング孔に流れ込んでおり、作業がさらに複雑になったことに驚いた。

これらの温度は掘削プロセスを妨げるほど高温ではありましたが、良好な地熱エネルギー事業を立ち上げるほどの高温ではありませんでした。 したがって、これらのプロジェクトやその他のプロジェクトは非常に貴重な科学資源ですが、私たちの足元にある地熱の可能性を解き放つには新しい技術が必要です。

物理的なドリルビットが動作するには条件が難しすぎる場合、研究者は、ドリルヘッドが触れる前に、破砕と呼ばれるプロセスで基盤岩を加熱、溶融、破壊、さらには蒸発させる指向性エネルギービームの能力をテストしてきました。 ペトラ社のボーリングロボット「Swifty」による以下のGIFでは、硬い岩石に対する破砕の影響を見ることができるが、ペトラ社はその熱を生み出すために正確に何が使われているかを明らかにしていない。

90 年代後半の軍事実験では、レーザー支援掘削が従来の掘削より 10 ～ 100 倍の速さで岩石を通過できることを示す有望な結果が示されており、これが石油会社やガス会社にとって大きな関心となったことは間違いありません。

Impact Technologies のケネス・オグレスビー社長は、米国エネルギー省の地熱技術プログラムに関する 2014 年の MIT 報告書で、直接エネルギー掘削プロセスには大きな利点がいくつかあると書いています。「1) 磨耗や破損の可能性のある機械システムが坑井内に存在しない、2)温度制限がないこと、3) いかなる硬さの岩石でも同様に容易に貫通できること、4) 耐久性のあるガラス化ライナーでケーシング/セメント固定の必要性を置き換える可能性。」

最後の点は興味深いです。直接エネルギードリルは、切断した岩石を効果的に焼灼し、掘削中にボアシャフトを溶かしてガラス質の層にし、これまでに問題を引き起こした液体、ガス、その他の汚染物質を密閉します。超深度掘削プロジェクト。

しかし、レーザーはマスタードを切ることはできない、とオグレスビー氏は書いている。 「これまでにレーザーで達成された最も深い岩石貫通は、わずか 30 cm (11.8 インチ) です。レーザー掘削が進歩していないのには、基本的な物理的および技術的な理由があります。まず、岩石抽出粒子の流れは、短波長エネルギーと互換性がありません。 「目的の岩の表面に接触する前に、[塵や粒子雲によって]散乱され、吸収されます。第二に、レーザー技術はエネルギーと効率が不足しており、コストが高すぎます。」

その解決策は、核融合の世界から得られるかもしれないと思われる。 太陽の中心部で原子が衝突する状況を再現し、最も安全でクリーンな核エネルギーを放出するために、核融合研究者は驚異的な量の熱を発生させる必要があります。 ITER プロジェクトの場合、持続的な 1 億 5,000 万度の範囲で話しています。 核融合研究は数十億ドルの国際政府資金の恩恵を受けてきたため、他の分野では予算がなかったかもしれない分野での進歩と商業化が加速している。

その一例は、1960 年代半ばにソビエト ロシアで元々開発された機器であるジャイロトロンです。 ジャイロトロンは、スペクトルのミリ波部分の電磁波を生成します。この電磁波の波長は、マイクロ波よりも短く、可視光や赤外線よりも長くなります。 1970 年代初頭、核融合炉のトカマク設計に取り組んでいた研究者は、これらのミリ波がプラズマを大幅に加熱する優れた方法であることを発見しました。過去 50 年にわたり、ジャイロトロンの開発は、核融合研究とエネルギー省の資金提供を背景に目覚ましい進歩を遂げてきました。

実際、メガワットを超える電力で連続エネルギービームを生成できるジャイロトロンが利用可能になりつつあり、これは深部掘削業者にとって驚くべきニュースです。 「30～300 GHzの周波数での指向性エネルギーによるミリ波削岩の科学的根拠、技術的実現可能性、経済的可能性は強力です」とオグルヴィ氏は書いている。 「レイリー散乱を回避し、小さな粒子抽出プルームが存在する場合、レーザー光源よりも 1012 倍効率的にエネルギーを岩の表面に結合/伝達できます。また、連続メガワット出力のミリ波を長距離まで効率的に (>90%) 誘導することもできます」 (>10 km) さまざまなモードと導波管 (パイプ) システムを使用しており、これには滑らかなボアのコイル状および接合/接合されたチューブの使用の可能性も含まれます。」

同氏は続けて、「熱力学的計算では、100パーセントの効率で岩石に結合する1MWのジャイロトロンを使えば、5cm（1.97インチ）の穴で70メートル／時（230フィート／時）の貫通速度が可能であることを示唆している」と述べた。低出力または高出力の電源 (例: 100 kW ～ 2 MW) を使用すると、口径や透過率を変更できます。」

これは従来の石油・ガス掘削プロジェクトにとって大きな後押しとなるだろうが、さらなる驚きがなければ、超深度掘削の方程式も大きく変わり、地殻の深部まで掘削して一部の資源を掘削することが可能になり、利益も得られるようになるだろう。地球の膨大な地熱エネルギーの可能性。

2018年、MITのプラズマ科学・核融合センターはQuaiseと呼ばれる事業をスピンアウトし、従来の回転掘削とジャイロトロン駆動のミリ波技術を組み合わせ、洗浄のためのパージガスとしてアルゴンを送り込むハイブリッドシステムを使用した超深部地熱に特に焦点を当てた。そして、岩の粒子を地表まで発射して邪魔にならないようにしながら、穴を冷却します。

同社はこれまでに約6,300万米ドルを調達しており、その内訳はシード資金で1,800万ドル、補助金で500万ドル、そして今月初めに終了したシリーズA資金調達ラウンドで4,000万ドルである。

クイズ社は、最大深さ 20 km (12.4 マイル) の穴を掘削する予定で、これはコラ超深掘削孔よりもはるかに深いものですが、コラのチームが限界に達するまでに 20 年近くかかったのに対して、クイズ社はジャイロトロンを強化したプロセスでわずか 100 日かかると予想しています。 これは 1-MW のジャイロトロンを想定しています。

これらの深さでは、約 500 °C (932 °F) の温度が見つかるとクイズ氏は予想していますが、これは地熱エネルギーの効率が大幅に飛躍する温度をはるかに超えています。

「水は22MPaを超える圧力と374℃（705°F）を超える温度では超臨界流体です」とクワイズ氏は述べた。 「作動流体として超臨界水を使用する発電所は、非超臨界発電所と比較して、各水滴から最大 10 倍多くの有用なエネルギーを抽出できます。超臨界状態を目指すことが、化石燃料と同等の出力密度を達成するための鍵となります。」

クワイズ社は、本格的な現場配備可能な実証機の開発に取り組んでおり、2024年に稼働を開始するとしている。同社初の定格100メガワットの「超高温強化地熱システム」を2026年までに稼働させる計画だ。

次のステップは商業の天才だ。クイズ氏は石炭火力発電所などの既存のインフラを活用する計画だが、排出規制がますます厳しくなるにつれ、最終的には停止されることになる。 これらの施設はすでに蒸気を電気に変換する膨大な能力を備えており、確立された商業事業者と経験豊富な労働力を備えており、電力網にあらかじめ接続されているので便利です。 クイズ社は、現在の化石燃料の熱源を十分な超臨界地熱エネルギーに置き換えるだけで、別の石炭の塊やメタンの噴出を必要とせずにタービンを無限に回転し続けることができます。

クイズ社は、2028 年に最初の化石燃料発電所に電力を再供給し、その後、世界中でそのプロセスを改良して再現することを期待しています。なぜなら、この掘削技術があれば地球上のどこでも熱を完全に利用できるはずだからです。 世界中には 8,500 基以上の石炭火力発電所があり、合計容量は 2,000 ギガワットを超えていますが、それらはすべて 2050 年までに別の方法を見つけなければならないため、チャンスは明らかに巨大です。

「今後数十年間で、私たちは大量のカーボンフリーエネルギーを必要としています」と、同社の主要なシリーズA投資家の一人であるPrelude Venturesのマネージングディレクター、マーク・カップタ氏は述べた。 「Quaise Energy は、地球に電力を供給するための最も資源効率が高く、ほぼ無限に拡張可能なソリューションの 1 つを提供します。これは当社の現在の再生可能ソリューションを完全に補完するものであり、そう遠くない将来に持続可能なベースロード電力を達成することを可能にします。」

New Atlas の読者に、これがベースラインのクリーン エネルギーと脱炭素化のプロセスにどれほど大きな変化をもたらす可能性があるかを説明する必要はありません。 実際、この技術が予想通りに機能し（そして地殻が私たちの侵入に対抗する新たな方法を見つけられない場合）、経済性が積み重なると、ジャイロトロンのこの新たな用途は皮肉にも核融合炉の仕事を奪うことになる可能性がある。

重要なのは、産業規模の太陽光発電や風力発電とは異なり、地上にほとんどスペースをとらないことです。 また、それは世界的な地政学的な変化を引き起こすだろう。なぜなら、どの国も自国の事実上無尽蔵のエネルギー源に平等にアクセスできるようになるからであり、大国がアクセスを得るために小国の人口を「解放」する必要がなくなるのは確かに素晴らしいことだろう。エネルギー資源に。

以下の短いビデオをご覧ください。

出典: 準エネルギー