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Géothermie moins chère
Les chercheurs de Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique à Richland, WA, disent avoir développé un type supérieur de fluide d'extraction de chaleur qui pourrait considérablement améliorer l'économie de la production d'énergie renouvelable à partir de ressources géothermiques à basse température.
Exploitation géothermique : Une représentation moléculaire d'un nanomatériau développé au Pacific Northwest National Laboratory qui peut améliorer l'efficacité des centrales géothermiques.
Le collègue de laboratoire Pete McGrail dit que le liquide est utilisé pour absorber la chaleur de l'eau chaude qui a été pompée du sous-sol dans l'échangeur de chaleur d'une centrale géothermique. Le liquide peut potentiellement augmenter le taux de capture de chaleur de 20 à 30 pour cent. Les chercheurs ont conçu des nanomatériaux exclusifs composés de métaux liés par des molécules organiques. Ils ont découvert que l'ajout de nanomatériaux à un fluide tel que l'hexane ou le pentane améliorait considérablement les propriétés de piégeage de la chaleur du liquide.
L'espoir ici est qu'en améliorant l'efficacité autant que nous le pensons, un projet peut devenir économique à des profondeurs beaucoup plus faibles, explique McGrail. Vous seriez en mesure de vous déployer dans ce qui serait désormais considéré comme des zones marginales ou non rentables.
La géothermie ne manque pas sous nos pieds. Percez assez profondément et la chaleur est là. Une Étude dirigée par le MIT de 2006 a conclu que les systèmes d'énergie géothermique ont le potentiel de fournir 100 gigawatts d'électricité aux États-Unis d'ici 2050, mais seulement si de nouvelles technologies de forage et de fracturation des roches et des conceptions d'usines avancées émergent qui pourraient réduire les coûts de développement.
Des technologies améliorées sont nécessaires car la plupart des centrales géothermiques économiques produisent aujourd'hui de l'électricité en utilisant de la vapeur ou de l'eau chaude directement à partir de réservoirs naturels à haute température, tels que le champ Geysers en Californie. Les puits sont relativement peu profonds, l'eau est à 360 degrés Fahrenheit ou plus chaude et la roche est suffisamment poreuse pour faire circuler suffisamment d'eau. Exploiter les ressources géothermiques dans des endroits moins idéaux, il faut forer plus profondément et forcer des fractures dans la roche, ce qui ajoute un coût énorme. Cela signifie également tirer le meilleur parti des ressources thermiques à basse température, ce qui est réalisé à l'aide de centrales à cycle binaire qui extraient et réutilisent la chaleur de l'eau chaude souterraine plutôt que d'utiliser l'eau chaude directement pour faire tourner une turbine.
Dans ces usines, l'eau pompée dans un puits d'injection absorbe la chaleur de la roche chaude et est pompée à travers un puits d'extraction séparé à des températures allant de 150 degrés Fahrenheit à 300 degrés Fahrenheit. L'eau chaude est ensuite passée à travers un échangeur de chaleur, avec un fluide à bas point d'ébullition. Ce fluide, qui circule dans sa propre boucle fermée à l'intérieur de la plante, absorbe la chaleur de l'eau et se transforme en vapeur sous haute pression. La vapeur passe à travers une turbine, générant de l'énergie, puis est condensée et recyclée dans la boucle.
McGrail et son équipe de recherche sont tombés sur un moyen d'augmenter le taux de conversion d'énergie lorsque les deux boucles traversent un échangeur de chaleur. Initialement, ils avaient développé des matériaux exclusifs pour un autre projet visant à améliorer la capture du dioxyde de carbone émis par une centrale à combustible fossile. Ils se sont rendu compte que les matériaux avaient des qualités thermodynamiques remarquables lorsqu'ils étaient ajoutés à un fluide organique. Le nouveau fluide a le potentiel de capturer jusqu'à 30 % de chaleur en plus à partir d'une boucle d'eau fermée et, en raison de ses capacités d'expansion et de contraction rapides, il peut atteindre des pressions plus élevées pour entraîner la turbine.
C'est l'un de ces moments dans le laboratoire où vous regardez les données et dites : « Wow ! », dit McGrail. Son groupe a reçu une subvention de 1,2 million de dollars du programme de technologies géothermiques du ministère de l'Énergie pour construire un prototype de paillasse qui montre les propriétés du fluide en action.
Espérons que nous aurons un système de boucle de test ensemble d'ici la fin de l'année. Nous allons mettre en place une unité de travail complète avec un échangeur de chaleur, un compresseur, des pompes et un système de turbine afin que nous puissions voir l'ensemble du processus fonctionner, dit-il.
La part du lion du coût de la géothermie se situe dans le forage et la préparation des puits de production, explique Susan Petty, directrice de la technologie d'AltaRock Energy, basée à Seattle, développeur de systèmes géothermiques améliorés. Si vous voulez obtenir une amélioration de 20 % ou plus de l'efficacité, c'est 20 % moins bien, dit-elle. C'est vraiment très important.
Il existe cependant des obstacles potentiels. Ron DiPippo, professeur émérite de génie mécanique à l'Université du Massachusetts à Dartmouth et coauteur du rapport du MIT, prévient que le fluide vaporisé doit traverser la turbine sans affecter les performances. Il faut vraiment voir ces choses avec scepticisme et faire une analyse minutieuse des propriétés de ces fluides, dit-il. Vous pouvez avoir un gain d'un côté et un sacrifice de l'autre.
Tester la façon dont les nanomatériaux traversent la turbine sera une priorité une fois le prototype développé, explique McGrail. Nous ne savons pas encore si ce sera un problème.