火山は未来のエネルギー源なのでしょうか？ | 甘粛省ソーレロッソ株式会社

レイキャネス半島は、アイスランド南西海岸から中央大西洋海嶺に突き出た黒い岩の指状の部分で、その独特の火山地質を長い間、経済的機会に活用してきました。その見事な彫刻が施された建造物と広大な溶岩原には世界中から博物学者が集まりますが、地下深くにある蒸気とマグマの堆積物によって加熱された地熱プールは、繁栄するリゾート経済の基盤となっています。

この地域はこの地質によってもたらされています。レイキャネス発電所の 2 つのタービンに 600 度の蒸気を供給する 12 個の地熱井は、周囲の地域に合計 100 メガワットの電力を供給しており、これは数万世帯に電力を供給するのに十分です。

レイキャネスのような従来の地熱発電所は、アイスランドを世界のモデルにしたようなエネルギー経済を可能にします。この国は実質的にすべての電力を再生可能資源から生成しており、そのうちの 4 分の 1 は地熱だけで発電されており、アイスランドは炭化水素経済が支配する世界において地熱エネルギー利用の代表例となっています。

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しかし、1970 年代から存在する技術に基づいた従来の地熱エネルギーでは、エネルギー経済性はこれまでのところ限界があります。研究者とエネルギー企業のコンソーシアムが思い通りになれば、4 つの火山があるレイキャネスが間もなく地熱エネルギー革命の起点となる可能性があり、世界中の国々や経済の地熱資源に対する見方や利用の仕方が変わる可能性があります。

すべてが計画通りに進めば、今年はアイスランド深層掘削プロジェクト (IDDP) が開始されます。これは、学術科学者の世界的なチームであるアイスランド国家エネルギー庁と、アイスランド国家エネルギー局との共同プロジェクトです。そしてエネルギー会社HSエナジー、ナショナル・パワー・カンパニー、レイキャビク・エナジー（アルコアとスタトイルも参加）は、過熱した蒸気、さらには溶けた岩石からもエネルギーを解き放つことを期待して、この地域の広大な火山地帯の奥深くに地熱井の掘削を開始する予定だ。それ自体は地表下数千フィートに潜んでいます。

半島の従来の地熱発電機を動かす典型的な熱水と蒸気を求めるのではなく、この新しい井戸（IDDP-2と名付けられました）の技術者たちは、深さ4kmから5km（13,000フィートから16,000フィート）で掘削を行います。いわゆる「超臨界」水堆積物、つまり液体でも気体でもない状態で存在するほどの激しい熱と圧力にさらされた流体を直接利用する試みです。 (比較のために、純水は、221 バールの圧力、つまり海面の大気圧の 221 倍の圧力下にある場合、華氏約 700 度で「超臨界」になります。)

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それは、熱と圧力を提供するマグマ堆積物の近くまで掘削し、エンジニアがそこで発見した過熱した材料をどう処理するかを考えることを意味します。 IDDP-2 の研究者が、超臨界流体、さらには超高温のマグマそのものを利用可能な地熱エネルギーシステムに変えるのに必要な技術を習得できれば、平均的な地熱施設の出力を 10 倍に高め、業界の経済状況を一変させる可能性があります。

まず、火遊びをしなければなりません。

5年前、IDDPのエンジニアは、アイスランドの低迷する経済を活性化するために輸出可能なエネルギー技術を開発することを期待して、これを初めて試みた。ある事故がきっかけとなって、彼らはそれ以来ずっと追求し続けている発見をしました。アイスランド北東部のクラフラと呼ばれる火山の奥深くにあるIDDP-1で掘削中、華氏1,600度を超える灼熱の中で、下から地球の上部地殻に侵入しているマグマに予期せず衝突するまで、約2キロ（6,500フィート）に到達した。過熱水蒸気は世界記録を樹立した。 IDDP は火山の内部をまっすぐに突き抜けました。

カリフォルニア大学リバーサイド校の地質学の名誉教授であり、IDDP の共同主任科学者であるウィルフレッド・エルダーズ博士は、「我々は世界で最も高温の坑口を開発したことが判明した」と述べた。アイスランドの国営電力会社で井戸の所有者でもあるランツビルクジュン氏は、華氏1,600度以上の温度で井戸のパイプから湧き出る過熱したマグマをどうすればよいのか見当がつかなかった。「その時点で、私たちは井戸を放棄することもできたでしょう」と長老たちは語った。「この非常に高エネルギーの熱源があることはわかっていましたが、温度と圧力にどう対処すればよいのかわかりませんでした。」

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代わりに、ランズビルクジュンは井戸の建設を進め、特殊な鋼製ケーシングを井戸に挿入し、マグマに最も近い底に穴の開いた部分を残しました。ボーリング孔内で熱がゆっくりと蓄積され、最終的に過熱蒸気が坑井を通って 2 年間にわたって上昇しました。その間、Krafla 発電所の 60 メガワット出力の半分以上を供給しました。バルブが故障して初めて、ランズビルクジュン氏は最終的に冷水をポンプで注入して井戸を密閉することを余儀なくされた。

しかし、IDDP は、いわゆる高エンタルピー地熱システムによってもたらされる期待の追求を決して終えたわけではありません。レイキャネスに計画されているIDDP-2坑井が超臨界流体の噴出に成功すれば、IDDPの研究者らは、同サイトで持続可能な地熱坑井を開発することを望んでおり、これは高収量地熱システムのための追加の材料や技術を開発するためのテストベッドとなるだろう。若い火山地熱システムが存在する世界のどこにでも配備できます。

未開発の地熱資源にアクセスできる場所はたくさんあることが判明し、その多くがそれらの資源をオンラインにしようと急速に動いています。米国に本拠を置く業界団体である地熱エネルギー協会のアナリスト兼研究プロジェクトマネージャーのベンジャミン・マテック氏は、「世界的に地熱発電は活況を呈している」と述べた。「インドネシア、フィリピン、ケニアを見てみると、おそらく隔月ごとに発電所を建設しているでしょう。」

火山地帯の近くに位置する国々は、驚異的な速度で新しい地熱資源を導入しています。地熱エネルギー協会が収集したデータによると、世界の地熱発電市場は毎年 4% ～ 5% ずつ成長しています。約 700 の地熱プロジェクトが 76 か国で進行中であり、勢いが衰える気配はありません。

しかし、地熱エネルギーは常に経済的に実行可能であるとは限りません。多くの場合、政府の補助金によって支えられていますが、地熱資源の掘削と開発には高額な初期費用がかかるため、石油やガスの探査との競争力が失われる可能性があります。たとえば、IDDP-1 の試掘孔には少なくとも 2,200 万ドルの費用がかかりました。 GEA は、コストはプロジェクトの範囲によって異なりますが、20 メガワットの発電所の平均コストは 3,000 万ドルであると指摘しています。

現実のリスクと認識されているリスクは他にもあります。 2006年、スイスのバーゼル近郊で行われた地熱プロジェクトでは、掘削が断層線と交差した際にマグニチュード3.4の地震が発生したと考えられていた。マグマだまりに穴を掘るという考えは、それが火山の噴火を引き起こす可能性があるという懸念を引き起こしている（ただし、地質学者はそうではないと考える傾向がある）。しかし、現在では、安価な再生可能エネルギーの魅力がほとんどの懸念を上回っています。

米国は、主にネバダ州、カリフォルニア州、ユタ州、オレゴン州などの州で地熱エネルギーの世界最大の生産国をリードしています。しかし、アメリカに設置されている地熱発電量 3.6 メガワットは、より大きなエネルギーバケットの一部であり、国の総エネルギー消費量の 1% の半分にも満たない。世界中の他の多くの国にも同じことが当てはまります。地熱資源は存在しますが、高額な開発コスト、天然ガスなどの化石燃料への安価なアクセス、設置された地熱資源のエネルギー出力が比較的低いことが開発を妨げています。

そこにIDDP-2の掘削が最大の違いを生む可能性があります。 IDDPの長老たちのような研究者らは、超臨界流体、さらにはマグマ自体の溶融熱エネルギーを利用することで、各国が地中から引き出せるエネルギー量に大きな変化をもたらし、地熱発電をしながら発電量を1桁増加させることができると考えている。単に電力源としてだけでなく、商品としても経済的にはるかに魅力的です。

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「これらの掘削プロジェクトが成功すれば、アイスランドのエネルギー状況を劇的に変えることができると私は信じています」とエルダーズ氏は語った。「そしてそれは北欧の電力供給に大きな影響を与える可能性があります。」アイスランドには必要なクリーンエネルギーがすでにすべて揃っていると長老たちは説明した。しかし、ランツビルクジュンの技術者らは、アイスランドからスコットランド、さらにはスカンジナビアまで海底送電ケーブルを敷設し、アイスランドの地熱地帯からヨーロッパの送電網にエネルギーを輸送し、アイスランドを地熱エネルギー輸出国にするというアイデアを長年模索してきた。

アイスランドとIDDPは「高エンタルピー地熱研究」に関して世界の他の国々の先頭に立っているが、地熱資源へのアクセスは特別なものではない。東アフリカには地熱のチャンスが豊富にあります。ヨーロッパでは、イタリアは膨大な地熱の可能性を秘めています。ニュージーランドからインドネシア、フィリピンから日本に至るまで、太平洋に縁取られた国々はいずれも地表近くに豊富な地熱資源を保有しています。

米国では、太平洋岸北西部と米国西部の地質活動が活発な地域、ロサンゼルスやサンディエゴ近くのソルトン海、北カリフォルニアの間欠泉地帯などに、数秒以内に華氏 660 度を超える熱資源が存在することが知られています。地表千メートル。超臨界流体、さらにはマグマ自体を処理できる地熱発電機は、坑井ごとにはるかに多くの電力を生成できる可能性があり、電力会社や政府にとってはるかに魅力的なものになります。テクノロジーとビジネスケースはそれほど遠くないところにあります。

しかし、なぜそこで止まるのでしょうか？ 10月、長老たちはアメリカ地質学会に対し、ワシントン州とブリティッシュコロンビア州の海岸のすぐ沖に横たわる大規模な地熱エネルギーフロンティアに関する講演を行った。そこでは、すぐ沖合に地殻が広がっている。「海底から1,000メートルから2,000メートル以内のファン・デ・フカ海嶺の熱量は膨大だ」と彼は言う。「たった1～2％が電気に変換できれば、それは莫大なものになるでしょう。」同氏は、この尾根を流れる総潜在的なギガワット量は、米国全土に何度も何度も電力を供給できる可能性があると述べた。

しかし、考えてみると興味深いが、地熱資源を得るために沖合で掘削するという概念は机上の空論でしか存在しない、と長老らは述べた。これはアイデアであり、テクノロジーと経済が許す限り、将来的に検討し、おそらく研究する価値のあるものです。しかし、陸上に超臨界井戸を作るという考えは、現時点では非常に現実的です。 IDDP はすでに Krafla で短期間構築しました。そしてIDDP-2では、研究者らは次世代の高収量超臨界地熱エネルギー技術の市場投入に大きく近づくことを期待している。

新しい井戸は、IDDP-1 のように最終的には故障する可能性があります。最初に重大な障害が発生する可能性があります。超臨界流体をまったく見つけることができない可能性があります。しかし、エルダーズ氏は、予見可能な将来のある時点で、IDDPがこの高温エネルギーを利用し、使用可能な電力に変換する方法を見つけ出すだろうと確信している。

「今後10年以内に、陸上にいくつかの超臨界井戸ができるでしょう。そうすれば、陸上でさらに多くの井戸を開発し、おそらく熱流のほとんどが発生する海洋に移動するよう業界の注目を集めると思います」この中央海嶺に沿って」と長老たちは語った。膨大な地熱資源が存在しており、一度ビジネスケースが作られると、業界が超臨界地熱技術でどのような方向に向かうのかはわかりません。しかし、エルダーズはそれがどこから始まるかについて自信を持っている。「概念実証はアイスランドで行われる予定です。」