Sản xuất điện năng từ đá granit

Hơn một thập niên qua, kỹ thuật tạo ra điện năng từ các nguồn nước nóng dưới lòng đất, còn được gọi là địa nhiệt điện, đã đáp ứng được một phần nhu cầu điện năng của thế giới. Hiện nay, mỗi năm có đến 3.000 megawatts (MW) địa nhiệt điện được sản xuất tại Mỹ, 2.000 MW được sản xuất tại Canada và trên 5.000 MW được sản xuất tại châu Âu, mà chủ yếu là tại các quốc gia Bắc Âu.

Tuy nhiên địa nhiệt điện chỉ có thể phát triển tại các quốc gia có dồi dào nguồn nước ngầm nằm ở độ sâu từ 300 đến 500m dưới lòng đất. Vì vậy, không phải quốc gia nào cũng có thể phát triển được địa nhiệt điện. Để khắc phục vấn đề này, các nhà khoa học của Liên minh châu Âu (EU) đã nghiên cứu một phương pháp lấy điện khác cũng từ lòng đất, đó là kỹ thuật lấy điện từ đá khô nóng, được đặt tên là địa nhiệt điện RCS.

Theo đó, thì các loại đá granit nằm dưới lòng đất đều có sức nóng tăng dần từ vài chục độ đến vài trăm độ tùy theo độ sâu. Nước lạnh từ mặt đất sẽ được bơm với công suất 25m3/giây vào một giếng thứ nhất đào sâu 3.500m vào lòng đất, sẽ lan tỏa vào các khe nứt nằm bên trong đá granit nóng khiến cho nhiệt độ của nước cũng tăng theo. Cách giếng khoan thứ nhất chừng 500m người ta sẽ tiến hành khoan một giếng thứ hai để thu hồi nguồn nước nóng có nhiệt độ lên đến 1400C bằng cách bơm lên mặt nước. Nước nóng sau đó sẽ được chuyển vào một bồn chứa và hơi nước nóng sẽ làm quay một tuabin phát điện. Một nhà máy sử dụng một giếng bơm và một giếng thu hồi nước nóng sẽ sản xuất được 8 MW điện, đủ để cung cấp điện thắp sáng thường xuyên cho 300 hộ dân.

Dựa theo nguyên lý này, một nhóm các nhà khoa học người Pháp, Bỉ và Đức đã tiến hành triển khai một dự án lấy điện từ đá tại vùng Soultz-sur-Forêt trong vùng đồng bằng sông Rhin thuộc tỉnh Lorraine ở miền Bắc nước Pháp. Kết cấu địa chất ở vùng đồng bằng sông Rhin là điều kiện lý tưởng để phát triển địa nhiệt điện RCS. Ở vùng này, nhiệt độ của đá granit nằm dưới mặt đất tăng đều từ 5 đến 70C mỗi 100m sâu. Trong khi ở những nơi khác nhiệt độ chỉ tăng bình quân từ 2 đến 30C. Một lợi thế khác là kết cấu của đá granit ở vùng này đầy rẫy các rãnh, khe nứt có chiều dài từ vài mét đến vài chục mét sẽ giúp cho việc bơm nước lạnh vào bên trong đá granit nóng được dễ dàng hơn.

Có tên gọi “Địa nhiệt điện RCS 21”, dự án thử nghiệm việc khai thác điện năng từ đá đã nhận được ngân sách tài trợ lên đến 15 triệu euro từ EU và các chính phủ Pháp, Đức và Bỉ. Vào tháng 3/2005, những thành công bước đầu của dự án “Địa nhiệt điện RCS 21” với việc thu hồi được nước nóng từ độ sâu 3.000m đã sản xuất được những KW điện đầu tiên. José Achache, một nhà khoa học người Pháp, thành viên của dự án “Địa nhiệt điện RCS 21”, cho biết: “Lần đầu tiên chúng tôi đã có thể sản xuất những kw điện từ đá, cho dù đây chỉ mới chỉ là một thử nghiệm khoa học. Việc khai thác điện năng từ đá chỉ có thể đưa vào phục vụ đại trà cho nhu cầu con người nếu nước nóng thu hồi được phải đạt nhiệt độ tối đa là 2000C”.

Từ  thành công bước đầu của dự án “Địa nhiệt điện RCS 21”, cũng tại Soultz-la-Forêt,  các nhà khoa học đã tiến hành khoan những giếng sâu đến 5.000m, nơi mà nhiệt độ của đá granit có thể đạt đến 2500C khiến cho nước thu hồi có thể đạt đến nhiệt độ 2000C. Tại địa điểm này, các nhà khoa học đã cho xây dựng một nhà máy có thể sản xuất đến 8 MW điện, bằng 125 lần công suất phát điện của một nhà máy điện hạt nhân.

Theo đánh giá của giáo sư André Gérard, làm việc tại Bộ Năng lượng Pháp, thì: “Cần phải xây dựng một tổ hợp các nhà máy lấy điện từ đá gồm từ 7 đến 9 giếng mới có thể sản xuất ra một lượng điện năng từ 20 đến 30 MW. Các giếng sẽ được nối liền với nhau bằng các khe, rãnh bên trong đá granit. Vì vậy, chỉ cần bơm nước vào một giếng với áp suất cao thì toàn bộ các giếng còn lại sẽ được cung ứng đủ lượng nước có thể thu hồi để sản xuất ra một lượng điện năng đáng kể”.

Theo đánh giá của nhiều nhà khoa học, nếu phần hai của dự án “Địa nhiệt điện RCS 21” được triển khai thành công, thì đến năm 2007, việc khai thác điện năng từ đá sẽ trở thành một ngành công nghiệp có khả năng thỏa mãn một phần nhu cầu sử dụng điện năng của thế giới.

Hiện nay không những các quốc gia phát triển như Mỹ, Italia, Nhật, Canada, Anh đang quan tâm đến dự án “Địa nhiệt điện RCS 21” mà cả các quốc gia đang phát triển và kém phát triển cũng quan tâm đến dự án này. Bởi vì hầu như tầng đá granit sinh nhiệt đều hiện diện khắp lòng đất của thế giới. Với kỹ thuật tiên tiến hiện nay, việc khoan các giếng sâu đến 5.000m là có thể thực hiện được. Trong khi đó, việc xây dựng các nhà máy xử lý nước nóng thu hồi từ lòng đất để biến thành điện năng có giá thành không cao mà lại có thể đưa ngay vào sử dụng một khi đã hoàn thành công đoạn khoan các giếng.

Một ưu điểm của kỹ thuật lấy điện từ đá là không gây ô nhiễm môi trường, không thải khí và khói như các nhà máy nhiệt điện, không làm thay đổi kết cấu tự nhiên của cả một vùng rộng lớn như thủy điện hay có thể gặp nguy cơ ô nhiễm chết người cao như các nhà máy điện hạt nhân. Có thể nói sản xuất điện bằng kỹ thuật tận dụng nhiệt năng của đá đã giải quyết được hai yêu cầu cơ bản mà mọi người rất quan tâm, đó là không gây ô nhiễm môi trường và giải quyết được tình trạng thiếu hụt năng lượng của nhiều quốc gia