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Utiliser le CO2 pour extraire l'énergie géothermique
Le dioxyde de carbone généré par les centrales électriques peut trouver une seconde vie en tant que fluide de travail pour aider à récupérer la chaleur géothermique à des kilomètres sous terre. Un tel système permettrait non seulement de capturer le dioxyde de carbone et de le maintenir hors de l'atmosphère, mais serait également un moyen rentable d'utiliser les gaz à effet de serre pour générer une nouvelle énergie.
Air chaud: La centrale géothermique de Soultz-sous-Fôrets en Alsace, en France, pompe de l'eau dans la roche fracturée pour extraire de la chaleur et ainsi produire de l'électricité. Des chercheurs soutenus par 16 millions de dollars de fonds de relance fédéraux cherchent à prouver que de telles centrales géothermiques pourraient générer 50 % de chaleur en plus en recyclant le dioxyde de carbone sous terre à la place.
Les partisans de ce concept encore non prouvé ont obtenu une large approbation et des liquidités bien nécessaires grâce à l'attribution récente de 338 millions de dollars de fonds de relance fédéraux pour la recherche sur l'énergie géothermique par le département américain de l'Énergie. Quelque 16 millions de dollars des fonds seront partagés par neuf projets liés au dioxyde de carbone dirigés par Laboratoire national Lawrence Berkeley et d'autres laboratoires nationaux, société de chimie combinatoire basée à Sunnyvale, en Californie Symyx Technologies , et plusieurs universités américaines.
L'idée : le dioxyde de carbone qui traverse des régions chaudes à des kilomètres sous terre peut efficacement apporter de la chaleur à la surface, où il peut être utilisé pour produire de l'électricité. Il est probable que le processus laisserait beaucoup de dioxyde de carbone sous terre, et donc hors de l'atmosphère, selon le chef de projet Symyx et scientifique des matériaux Miroslav Petro. Vous séquestrez du CO₂ tout en générant de l'énergie à partir de celui-ci.
Le concept a d'abord été proposé comme un moyen d'améliorer les systèmes qui pompent l'eau profondément sous terre pour fracturer les roches chaudes, puis font remonter l'eau chauffée via un deuxième puits pour générer de l'électricité, puis redescendent l'eau. La technologie a été contrecarrée à ce jour car il est si difficile de fracturer la roche pour obtenir la chaleur géothermique et maintenir son flux. Le projet de l'Union européenne à Soultz-sous-Fôrets en Alsace, en France, le plus avancé de ce type au monde, a mis 20 ans pour atteindre seulement 1,5 mégawatt de production d'électricité (assez pour alimenter environ 1 500 foyers). Et le processus a contrarié les communautés voisines à cause des petits tremblements de terre déclenchés par la fracturation agressive requise.
En 2000, le physicien du Laboratoire national de Los Alamos, Donald Brown, a proposé de remplacer l'eau par du dioxyde de carbone supercritique, une forme sous pression qui est en partie gazeuse et en partie liquide. Le CO2 supercritique est moins visqueux que l'eau et devrait donc circuler plus librement à travers la roche. Brown a noté qu'un effet de siphon devrait aider à recycler le dioxyde de carbone, grâce à la différence de densité entre le CO2 supercritique pompé et le gaz plus chaud qui monte, réduisant ainsi les pertes de puissance du fluide de pompage. De plus, selon Brown, au lieu d'utiliser de précieuses ressources en eau douce, un projet basé sur le dioxyde de carbone pourrait séquestrer l'équivalent de 70 ans d'émissions de CO2 d'une centrale électrique au charbon de 500 mégawatts.
Six ans plus tard, l'hydrogéologue de Lawrence Berkeley, Karsten Pruess, a réalisé la première modélisation détaillée de la technologie. Pruess a prévu qu'un projet tel que Soultz-sous-Fôrets pourrait produire environ 50 pour cent de chaleur en plus avec du dioxyde de carbone qu'avec de l'eau. La plupart des projets financés par le DOE cherchent à tester l'optimisme de Pruess.
La question la plus importante, selon Petro, est de savoir comment le dioxyde de carbone supercritique interagira avec la roche et les minéraux. Le CO2 supercritique a également une relation particulièrement complexe avec l'eau. À lui seul, le CO2 supercritique ne devrait pas dissoudre les minéraux des roches - un problème majeur rencontré dans l'approche à base d'eau. Mais, dit Petro, l'ajout d'une fraction d'eau au CO2 supercritique pourrait former une eau de soude acide super-dissolvante.
Au moins un développeur, quant à lui, recherche un financement pour une démonstration sur le terrain de géothermie à base de dioxyde de carbone. En septembre, le développeur géothermique de Salt Lake City Énergie GreenFire a annoncé une joint-venture avec un petit développeur pétrolier, Ressources pétrolières améliorées , pour construire une usine de démonstration à base de CO2 de deux mégawatts près de la frontière Arizona-Nouveau-Mexique. Les sociétés proposent de commencer à forer des puits en 2010 pour accéder à la roche chaude sous-jacente à un réservoir souterrain naturel de dioxyde de carbone. Ils prévoient que l'emplacement pourrait produire suffisamment de chaleur pour générer jusqu'à 800 mégawatts d'électricité et, ce faisant, pourrait absorber une grande partie du dioxyde de carbone généré par les six grandes centrales électriques au charbon de la région.
Au lieu d'ajouter du CO2 aux plans d'énergie géothermique, le Groupe de recherche sur les géofluides de l'Université du Minnesota , l'un des lauréats du DOE, propose d'ajouter l'extraction d'énergie géothermique aux plans existants de capture et de stockage du carbone. Martin Saar, le géophysicien de l'Université du Minnesota qui dirige le groupe des géofluides, affirme que ce programme apportera une valeur supplémentaire aux opérations qui pompent déjà du CO2 supercritique dans les aquifères salins profonds pour le stockage, ou dans les formations pétrolières et gazières pour accélérer la production. Ce dioxyde de carbone captera la chaleur des roches environnantes, explique Saar, alors pourquoi ne pas en faire circuler une partie pour produire de l'électricité ? Cela élimine le besoin de fracturer les roches. Et il tire parti des équipements existants et des puits forés, réduisant ainsi le coût de la centrale géothermique.
Saar étudie comment le CO2 supercritique interagit avec la roche, les minéraux et l'eau. Comprendre ce dernier est essentiel pour le projet du Minnesota, car le dioxyde de carbone injecté dans un aquifère salin se mélangera à l'eau. Cependant, Saar dit que cela peut être moins un problème qu'il n'y paraît, car de grands volumes de CO2 injectés dans un aquifère salin devraient se séparer pour former une couche distincte : le CO2 supercritique est en fait moins dense que la saumure, donc dans un aquifère il augmentera et piscine sous le rocher du capuchon.
Si les travaux de laboratoire confirment cela et d'autres prédictions, dit Saar, ils pourraient tester le CO2 géothermique sur le terrain dans aussi peu que trois ans.