Địa nhiệt - Nguồn năng lượng sạch của tương lai

Một nguồn năng lượng ổn định, đáng tin cậy, không gây phát thải là cơ hội quý giá cho bất kỳ quốc gia nào trên con đường hướng tới mục tiêu không phát thải toàn cầu.

Nga dự kiến tăng gấp đôi công suất năng lượng tái tạo đến năm 2030 Nỗ lực hiện thực hoá tầm nhìn xanh COP28: Kỳ vọng tăng gấp 3 sản lượng năng lượng tái tạo; 450 triệu USD dành cho hỗ trợ cắt giảm khí methane Giải pháp cho biến đổi khí hậu: ‘Bắt’ carbon phục vụ hành tinh xanh

Minh họa sơ đồ hoạt động của một hệ thống khai thác năng lượng địa nhiệt. (Nguồn: WST)

Trong lúc thế giới đang tìm kiếm những cách sáng tạo mới để giảm phát thải CO2 trong khí quyển, thị trấn Geretsried ở bang Bavaria (Đức) đang triển khai dự án sử dụng địa nhiệt làm nguồn năng lượng sạch.

Theo đó, bất kể ngày hay đêm, mùa Đông hay mùa Hè, người dân ở Geretsried sẽ nhận được nguồn điện liên tục nhờ công nghệ địa nhiệt “vòng kín”.

Địa nhiệt, hay nguồn nhiệt dưới lòng đất, là nguồn năng lượng tái tạo mà con người biết đến từ hàng nghìn năm, nhưng gần đây mới bắt đầu khai thác tiềm năng to lớn của nó.

Có lẽ trở ngại lớn nhất cho sự phát triển của năng lượng địa nhiệt là chi phí khoan ban đầu. Việc tìm kiếm tầng đất chứa nước ngầm nóng và khai thác nó không phải dễ dàng. Khoan một giếng sâu 4 km có thể tiêu tốn vài triệu USD và trung bình chỉ thăm dò thành công một nửa số giếng.

Một vấn đề khác là năng lượng địa nhiệt chỉ có thể khai thác ở một số nơi trên thế giới, nơi có nhiều hoạt động kiến tạo địa chất trong lòng đất.

Hệ thống vòng kín

Công ty Eavor Technologies (Canada), nhà phát triển dự án địa nhiệt tại thị trấn Geretstried, áp dụng công nghệ địa nhiệt vòng kín Eavor-Loop, lấy chất lỏng từ mặt đất và sau đó bơm khối chất lỏng này đi sâu xuống lòng đất, theo một hệ thống kín - giống như bộ tản nhiệt của ô tô giúp luân chuyển nhiệt từ động cơ của xe để làm mát động cơ.

Nhiệt độ cao trong lòng Trái đất sẽ làm nóng chất lỏng, chất lỏng nóng này được đưa trở lên mặt đất theo một vòng tròn khép kín, và sẽ được sử dụng để sản xuất nhiệt hoặc điện, cung cấp nguồn năng lượng sạch và đáng tin cậy.

Công nghệ vòng kín Eavor-Loop có thể làm chậm hoặc dừng hoàn toàn dòng chất lỏng, cho phép chất lỏng ở gần nguồn nhiệt lâu hơn, giúp tích lũy nhiệt cho chất lỏng. Lượng nhiệt đó sau này có thể được truyền đi khi cần thiết.

Dự án có sự hỗ trợ từ Quỹ Đổi mới của Liên minh châu Âu (EU) và là dự án triển khai thương mại đầu tiên của công nghệ địa nhiệt vòng kín.

Eavor-Loop cần được kết nối với công nghệ chuyển đổi nhiệt thành điện. Ở thị trấn Geretsried, công ty Eavor đã chọn hệ thống Chu trình Rankine hữu cơ (ORC) của công ty Turboden thuộc tập đoàn Mitsubishi Heavy Industries.

Hệ thống ORC rất linh hoạt - nó có thể tạo ra năng lượng điện và nhiệt từ nhiều nguồn, bao gồm năng lượng tái tạo như địa nhiệt, từ nhiên liệu truyền thống như khí tự nhiên và thậm chí cả nhiệt thải từ các nguồn công nghiệp.

Hầu hết các công nghệ địa nhiệt đều yêu cầu các điều kiện cụ thể nhưng việc kết hợp công nghệ vòng kín với hệ thống ORC có thể mở ra khả năng tiếp cận năng lượng địa nhiệt để sản xuất điện.

Chính phủ Đức cũng đang xem xét phát triển hơn nữa loại năng lượng địa nhiệt sâu ở trên để tạo ra nguồn cung cấp nhiệt trung hòa CO₂ ở quy mô toàn quốc vào năm 2045. Theo nghiên cứu của họ, năng lượng địa nhiệt sâu có thể sinh ra khoảng 300 terawatt giờ nhiệt hàng năm, nhiều hơn một nửa nhu cầu sưởi ấm của tất cả các tòa nhà.

Hướng tới trung hòa CO₂

Năng lượng địa nhiệt ngày càng được sử dụng nhiều trong sưởi ấm. Trên thực tế, năng lượng địa nhiệt hiện được hiện thực hóa trong khai thác từ các nguồn gần bề mặt Trái đất bằng cách sử dụng máy bơm nhiệt.

Chính quyền thành phố Munich (Đức) chọn sử dụng hệ thống sưởi địa nhiệt chi phí thấp, và đặt mục tiêu sử dụng công nghệ này để làm cho khí hậu trung hòa CO₂ vào năm 2035.

Theo các chuyên gia địa chất, công nghệ để khai thác nguồn năng lượng địa nhiệt “không quá phức tạp”. Cứ xuống sâu 33m thì nhiệt độ trong lòng đất tăng 1 độ C. Ở độ sâu 60km, nhiệt độ có thể đạt tới 1.800 độ C. Muốn khai thác địa nhiệt ở vùng 200 độ C, chỉ cần khoan các giếng sâu 3-5km, sau đó đưa nước xuống, nhiệt độ trong lòng đất sẽ làm nước sôi lên, hơi nước theo ống dẫn làm quay tourbin máy phát điện. Dòng nước nóng sẽ được tuần hoàn trong một chu trình khép kín và giúp cung cấp đủ năng lượng cho một nhà máy điện công suất có thể tới hàng trăm MW.

Các nhà nghiên cứu cho rằng việc sử dụng năng lượng địa nhiệt nông này tại nước Đức mang lại tiềm năng sưởi ấm không thua kém năng lượng địa nhiệt sâu. Chỉ riêng hai công nghệ này có thể đáp ứng toàn bộ nhu cầu sưởi ấm ở Đức trong tương lai.

Ông Christian Peltl, Giám đốc năng lượng địa nhiệt của công ty SWR có trụ sở tại Munich cho biết: “Chúng tôi đang ngồi trên một mỏ vàng do Munich có vị trí địa chất hoàn hảo nằm tại khu vực nổi tiếng nhiều các bể tắm nước nóng thiên nhiên”.

Giáo sư Rolf Bracke, người đứng đầu Viện Fraunhofer về Cơ sở hạ tầng năng lượng và năng lượng địa nhiệt (IEG), nói với báo giới rằng ông tin tưởng loại năng lượng này có thể được mở rộng nhanh chóng nếu các hãng công nghiệp dầu khí chuyển sự chú ý của họ sang lĩnh vực này.

Một số quốc gia châu Âu còn khai thác nguồn năng lượng địa nhiệt từ các mỏ than bỏ hoang để làm nguồn nhiên liệu sạch, hàm lượng CO2 thấp, phục vụ cho hoạt động sưởi ấm.

Sau hàng chục năm ngừng khai thác, các mỏ than của Vương quốc Anh bị bỏ hoang và dần dần ngập nước. Nguồn nước ấm trong các hầm mỏ này có thể cung cấp nhiên liệu sạch cho khu vực. Theo ước tính, các hầm mỏ của Anh chứa khoảng 2 tỷ m³ nước ấm, tương đương hơn 1/4 thể tích hồ Loch Ness. Các nhà địa chất cho rằng, lượng nước ấm trong các hầm mỏ bị bỏ hoang của Anh là nguồn cung mới cho nhu cầu năng lượng tái tạo.

Thị trấn Gateshead của Anh hiện đang khai thác nhiên liệu từ năng lượng địa nhiệt tại một mỏ than đã đóng cửa. Đây là dự án năng lượng mới, sử dụng nguồn nước ấm do địa nhiệt trong các đường hầm ở mỏ than bỏ hoang để giúp người dân địa phương sưởi ấm nhà cửa.

Ông Gareth Farr, quan chức Cơ quan Than (cơ quan của chính phủ Anh quản lý các mỏ than), chia sẻ: “Việc tận dụng nguồn nhiệt từ nước trong hầm mỏ là cơ hội tốt để tạo ra nguồn cung nhiệt với CO2 thấp, đem lại lợi ích cho người dân sống quanh các hầm mỏ này”.

Nước Anh không phải quốc gia châu Âu duy nhất khai thác năng lượng địa nhiệt.

Nhà máy điện địa nhiệt đầu tiên trên thế giới đã hoạt động tại thành phố Heerlen (Hà Lan) năm 2008. Hiện tại, nhà máy này cung cấp nhiệt cho hơn 500 tòa nhà và cơ sở thương mại, giúp thành phố giảm gần 2/3 lượng khí thải CO₂ từ hoạt động sưởi ấm.

Một dự án tương tự đang được triển khai ở vùng Asturias, miền Bắc Tây Ban Nha. Tại khu vực này, một mỏ than ngập nước đang được khai thác để sưởi ấm cho một bệnh viện, trường đại học và nhiều tòa nhà khác.

Người phụ trách cơ quan năng lượng ở Asturias, bà María Belarmina Díaz Aguado khẳng định: “Năng lượng địa nhiệt đã mang lại sức sống mới cho các mỏ than cũ của chúng tôi”.

So với việc khai thác than đá, dầu mỏ và khí đốt, địa nhiệt ít rủi ro hơn nhiều, hay có thể nói là nguồn năng lượng an toàn nhất từ Trái đất của chúng ta. Một nguồn năng lượng ổn định, đáng tin cậy, không gây phát thải CO2 là cơ hội quý giá cho bất kỳ quốc gia nào trên con đường hướng tới mục tiêu không phát thải.