אנרגיה גיאותרמית - טרנד חוזר?

מסיבה כלשהי, אנרגיה גיאותרמית אינה אחד הנושאים הטרנדיים ביותר בוויכוח על האקלים. אולי הסיבה היא שהיא, בהשוואה לכמה טכנולוגיות רגילות, נחשבת ישנה יחסית. אנרגיה גיאותרמית מבריכות חמות טבעיות וממעיינות שימשה לבישול, לרחצה ולהפקת חום אלפי שנים. לגבי חשמל, המפעל המסחרי הראשון להפקת חשמל ממאגרים הידרותרמיים נפתח בלדרלו שבאיטליה בשנת 1913 והפיק 250 קילוואט.

אף על פי שעבר זמן רב, יש הסכמה רחבה כי מלוא הפוטנציאל של המשאבים הגיאותרמיים של כדור הארץ רחוק מלהיות מנוצל. הסיבה? בדיוק כמו שקרה עם מקורות מתחדשים אחרים: עלויות גבוהות, סיכונים גבוהים והיעדר תמריצים להתרחק מהגז. כל אלה הניאו מפתחים מלהעלות את הפוטנציאל מלמטה אל פני השטח.

באקלים הנוכחי, אנרגיה גיאותרמית היא פתרון ברור לאחד האתגרים הגדולים ביותר בדה-קרבוניזציה, אומר קארל פארו, מנכ"ל ומייסד CeraPhi Energy, החברה הראשונה בבריטניה שמציעה פתרון אנרגיה גיאותרמית מקצה לקצה. "החלפת הפקת חום במשהו שלא מצריך משהו אחר כדי לייצר את החום, היא אחד האתגרים הגדולים ביותר של תהליך שחרור הפחמן."

חום הוא כ-50 אחוזים מצריכת האנרגיה העולמית. זה טיעון משכנע להתרחבות הגיאותרמית. אבל אנרגיה גיאותרמית יכולה לשמש גם לייצור חשמל, ובמקרה זה נעשה שימוש בקיטור או מים חמים ממאגרים גיאותרמיים בטמפרטורה גבוהה להנעת טורבינת קיטור המייצרת חשמל.

באופן מסורתי, ייצור חשמל מצריך טמפרטורות בין 180 ל-300 מעלות צלזיוס. זאת בעיה, מכיוון שרוב המאגרים הגיאותרמיים נמצאים מתחת ל-150 מעלות צלזיוס. אבל בעיה זו נפתרה עם הכנסת תחנות כוח בינאריות, תוך ניצול נוזל משני עם נקודת רתיחה נמוכה יותר ממים כדי ליצור קיטור.

על פי דו"ח שהפיקה הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה מתחדשת (IRENA) בשנת 2019, "אם מחושבות פליטות מחזור חיים מלאות, ההערכה היא שתחנת כוח בינארית גיאותרמית היא אחת הטכנולוגיות הטובות ביותר, עם 11.3 גרם של שווה ערך לפחמן דו-חמצני (CO2) לקילו-ואט שעה (קוט"ש)."

נוסף על כך לתחנות כוח גיאותרמיות עשוי להיות מקדם קיבולת של יותר מ-90 אחוז במערכות קטנות, וכך הוא יספק ייצור אמין שאינו מושפע ממזג האוויר או מתנודתיות מחירים. המשמעות היא שמפעלים גיאותרמיים יכולים להציע גמישות ושירותים נלווים לרשת החשמל, ולסייע בשילוב מקורות לסירוגין כגון שמש ורוח. הם יכולים להתאים את האספקה מספר פעמים ביום כדי לאזן את הביקוש לחשמל, עם קצב רמפה של כ-15% לדקה לטורבינות ORC בינאריות (מחזור Rankine אורגני), שהוא טוב יותר מרוב מפעלי הגז הטבעי.

בהתחשב באמור לעיל, רק טבעי שרבים מאמינים שלאנרגיה גיאותרמית יש פוטנציאל לחולל שינוי אמיתי. בשנת 2009, אל גור כינה את האנרגיה הגיאותרמית מקור האנרגיה הגדול ביותר והבלתי מובן ביותר בעולם. בשנת 2015, ביל גייטס הציב את הגיאותרמית כאחד מחמשת האזורים המבטיחים אך הממומנים בחסר, שהקרן שלו, Breakthrough Energy, הייתה אמורה למקד בה את השקעותיה.

מאז חלה צמיחה ממשית, במיוחד בשנים האחרונות. בסוף 2022 הייתה אנרגיה גיאותרמית כ-16,127 מגה-ואט של אנרגיה מתחדשת, לאחר שעלתה ב-1.89 ג'יגה-ואט משנת 2020, כך לפי דו"ח של IRENA. בינתיים גדלה הקיבולת הגיאותרמית המותקנת לחימום או קירור ישיר ל-107 GWt מ-70 GWt בשנת 2015. ובכל זאת, נראה שרק שרטנו את פני השטח.

על פי דו"ח IPPC משנת 2007 ולפי IRENA ו-Global Geothermal Alliance, יש פוטנציאל טכני עולמי של 5,000 GWt ליישומי חום גיאותרמי תוך שימוש בטכנולוגיות קיימות, ו-1,000 GW נוספים אם מביאים בחשבון טכנולוגיות הנבדקות כעת בשוק.

לדברי פארו מ-CeraPhi Energy, הטכנולוגיה הקניינית של החברה שלו לבדה יכולה לסייע ליצירת חום גיאותרמי לשישה אחוזים מהביקוש לחום העולמי ב-28 השנים הבאות.

השקעות באנרגיה גאותרמית

החדשות הטובות הן שמשבר האנרגיה עשוי להזניק את המגזר הגיאותרמי לעידן חדש. בשנה שעברה, מחירי הגז המרקיעים שחקים גרמו לכמה מדינות באירופה לחפש מקור אנרגיה אמין, מתחדש וחלופי לגז לחימום. על פי מחקר של Rystad Energy, הקיבולת הכוללת המותקנת באירופה אמורה לעלות ב-55 אחוז עד 2030. על פי מאמר שפורסם ב-Thermo בשנת 2022, השימוש העולמי מוערך ב-23.4368 GW עד 2030 לעומת 15.644 GW בשנת 2021.

באירופה, במיוחד גרמניה משקיעה רבות בפרויקטים גיאותרמיים. המדינה צפויה להוציא יותר מ-1.5 מיליארד דולר עד 2030, וכבר הכפילה את הקיבולת המותקנת שלה מ-200 מגה-ואט תרמית (MWt) ב-2012 ל-400 מגה-ואט היום. הקיבולת הזו אמורה להכפיל את עצמה שוב כדי להגיע ל-850 MWt עד 2030. הולנד היא המדינה האירופית היחידה עם גידול גבוה יותר בקיבולת, ותגיע ל-1 GWt עד 2030, לאחר השקעה של 1.1 מיליארד דולר.

בדנמרק, Innargi, חברת חימום גיאותרמי שהוקמה על ידי A.P. Moller Holding חתמה על הסכם לבנייה וניהול של מיתקן החימום הגיאותרמי הגדול ביותר באיחוד האירופי. מקומו בארהוס, שם 95 אחוז ממשקי הבית כבר מחוברים למערכת ההסקה המחוזית. הקיבולת המתוכננת של תחנת החימום הגיאותרמית היא 110 מגה-ואט, שווה ל-20 אחוז מהביקוש לחימום מחוז בעיר.

"יש פוטנציאל עצום לחימום מבוסס אנרגיה גיאותרמית בערים רבות באירופה, הנאבקות להפסיק את השימוש בפחם כדי לעמוד ביעדי האקלים", אמר סמיר עבד, מנכ"ל Innargi כשהמפעל הוכרז בשנה שעברה. "אנו מאמינים שמדינות כגון דנמרק, גרמניה ופולין מציעות את התנאים התת-קרקעיים הנכונים כדי להפחית במידה ניכרת את הצורך בפחם, גז וביומסה מיובאת."

מעבר לאוקיינוס האטלנטי, משרד האנרגיה של ארה"ב צופה שהאנרגיה הגיאותרמית תגדל פי 16, ל-60 GWe עד שנת 2050, ותספק 20% מייצור האנרגיה המתחדשת בארה"ב.

בריטניה, המסתמכת על גז לחימום בשביל כ-78% ממשקי הבית, התמקדה יותר בפרויקטים של כוח גיאותרמי מאשר בחימום גיאותרמי. למדינה אינטרס רב לשמור על רשת הגז הקיימת, ויש לה כיום רק 20 MWt של קיבולת גיאותרמית. זאת למרות תיעוד נרחב שחימום גיאותרמי עשוי לספק 100 אחוז מצרכי החימום של בריטניה.

למעשה, אנרגיה גיאותרמית יכולה "לעמוד בדרישת החום בבריטניה יותר ממאה שנה", כך על פי אוניברסיטת דורהאם, המובילה מחקר על הפוטנציאל של אנרגיה גיאותרמית בבריטניה ומחוצה לה. בסוף 2022, ההתמקדות הנמוכה במגזר גרמה לוועדה לביקורת סביבתית לשלוח מכתב למזכיר המדינה לענייני עסקים, אנרגיה ואסטרטגיה תעשייתית, שבה ציינו את הכישלון לשלב אנרגיה גיאותרמית באסטרטגיית נטו אפס של הממשלה. נראה שהדבר מעכב מהפך ביכולתה של בריטניה לעמוד ביעדי האקלים, להשתמש באנרגיה מתוצרת בית ולהצמיח את הכלכלה. עוד נטען: "ההזדמנויות שמציעות רתימת טכנולוגיות גיאותרמיות עשויות להציע יתרונות כלכליים ניכרים. ההערכה היא שהמגזר יוכל לתמוך ב-25,000 מקומות עבודה עד 2050."

הרלוונטיות של המגזר הגיאותרמי של בריטניה הודגשה עוד יותר על ידי האפשרות לשלב מיצוי ליתיום מתמלחת גיאותרמית עם הספק גיאותרמי והפקת חום, כפי שנוקטים Geothermal Engineering Ltd ו-Cornish Lithium.

לפי Rystad Energy, ממשלת בריטניה צפויה להוציא יותר מ-470 מיליון דולר על חימום גיאותרמי עד 2030, ויכולת החימום הגיאותרמית שלה צפויה להגיע ל-100 MWt בשנת 2030.

חסמים שבדרך

חלק מההסבר להיסוס להמשיך בפיתוחים גיאותרמיים עשוי להימצא בסיכונים הכרוכים בכך. על פני השטח, אנרגיה גיאותרמית נראית פשוטה. הקשיים נמצאים מתחת למה שנראה לעין.

הטכנולוגיות העיקריות לשימוש ישיר בחימום מחוז, משאבות חום גיאותרמיות, חממות וייצור חשמל, נמצאות בשימוש נרחב. הן מסתמכות על נוכחותם של מאגרים הידרותרמיים - נוזלים חמים המסתובבים בשכבות החדירות של קרום כדור הארץ. באופן מסורתי, הפקת אנרגיה ממאגרים הידרותרמיים כרוכה בקידוח של 500 עד 5,000 מטר לתוך הקרקע כדי להגיע למים החמים, אשר נשאבים אל פני השטח. לאחר מכן החום מועבר למחליף חום, שם הוא משמש לחימום מים לשימוש בבתים ובבניינים, או משמש לייצור גז המניע טורבינה לייצור חשמל. לאחר השימוש יש להזריק את המים חזרה למאגר כדי לשמור על לחץ המערכת.

כשהוא מנוהל בדרך לא נכונה, תהליך זה עלול לגרום לתמלחות גיאותרמיות לחלחל לתוך הסביבות מסביב. יתרה מזאת, בהתאם לעומק ולתנאי הקרקע (לא תמיד אפשר לדעת מראש), פיתוח באר עשוי להיות איטי ויקר מהתחזית.

אבל האתגר העיקרי טמון בכך שרק חלק קטן מהאנרגיה הגיאותרמית הזמינה נמצא בתוך מאגרים הידרותרמיים בעלי חדירות גבוהה, המאפשרים מיצוי והזרקה של נוזלי מים גיאותרמיים. לפיכך בעוד שבאזורים מסוימים כגון איסלנד, קליפורניה וניו זילנד יש מאגרים גיאותרמיים שאפשר לזהות בקלות ולהגיע אליהם - במקומות מסוימים ממש פורצים דרך פני השטח - רוב המשאבים הגיאותרמיים הבלתי מפותחים בעולם נמצאים בתוך מאגרים בעלי חדירות נמוכה או בסלע חם יבש. משמעות הדבר היא שהפקת חום מסתמכת על מערכת גיאותרמית משופרת (EGS), שעשויה להיות כרוכה בשיטות כגון שאיבת מים בלחץ גבוה - או אפילו CO2 - לסלע חם יבש כדי ליצור סדקים קטנים וחדירות גדולה יותר לנוזלים. במילים אחרות, יצירת מאגר הידרותרמי מעשה ידי אדם.

בזמן שמערכת חימום EGS אחת ותחנת כוח EGS אחת פועלות בצרפת, ושני פרויקטים להדגמה הממומנים על ידי משרד האנרגיה האמריקני (DOE) פועלים בארצות הברית, הטכנולוגיה עדיין לא נחשבת בשלה מסחרית, בשל ההצלחה המשתנה ביצירת חדירות מספקת בלחץ גבוה ובטמפרטורות קיצוניות של בארות גיאותרמיות, וכן חששות לגבי פעילות מיקרו-סיסמית שנוצרת על ידי התהליך.

פותרים בעיות

עם זאת ארגונים רבים פועלים לשיפור הטכנולוגיה, ויש השקעות פרטיות וציבוריות רבות לשיפורה. בספטמבר 2022 למשל הכריז ה-DOE בארה"ב על יעד חדש להוזילת עלות ה-EGS ב-90% (ל-45 דולר למגה-ואט שעה) עד 2035, מתוך אמונה שהוא מחזיק במפתח למימוש הפוטנציאל העצום של אנרגיה גיאותרמית מחוץ לאזורים ההידרותרמיים המסורתיים.

בעוד שהאפשרות הטכנית להגיע למקורות הגיאותרמיים העצומים של כדור הארץ באמצעות EGS נתונה לוויכוח נרחב, CeraPhi Energy מציעה פתרונות Plug-and-Play ל'אנרגיה גאותרמית בכל מקום' (Geothermal Everywhere) באמצעות תיבת פטנטים, הקניין הרוחני שלה, ופלטפורמת הטכנולוגיה הניתנת לרישיון מדרגית. "הכנסנו פתרון יעיל לקידוח לחום ולא למערכות המים התרמיות המחוברות בדרך כלל למערכות גיאותרמיות עמוקות", מסביר פארו. "תכננו למעשה מערכת לולאה סגורה המאפשרת לנו להזרים נוזלים כמו משאבת חום מקור קרקע (מעוצבת בעומקים רדודים יותר. משאבות חום מקור קרקע מנצלות לא את החום מהליבה של כדור הארץ אלא חום מהשמש שנאגר על פני כדור הארץ). הימצאותנו כמה קילומטרים מתחת לאדמה בטמפרטורות גבוהות, מאפשרת לנו לשאוב הרבה יותר אנרגיה. מדובר בסדר גודל אחר, פתרון גדול יותר למשאבות חום מקוריות או לרשתות חום קטנות. הגישה שלנו בוחנת קנה מידה מהיר, התבוננות בתשתיות בקנה מידה גדול באמצעות פתרונות נפט וגז."

בקידוח של כמה קילומטרים מתחת לפני הקרקע, החברה יכולה להגיע לטמפרטורות של 60 עד 100 מעלות, ובאמצעות הטכנולוגיה המוגנת בפטנט שלה אפשר להעלות את החום הזה אל פני השטח בלי ליצור אינטראקציה עם תת-הקרקע. יתרה מזו, הטכנולוגיה של החברה מאפשרת לבארות נפט וגז נטושים לייצר רווח ולהיות מקור לאנרגיה מתחדשת. "זאת הליבה שלנו", אומר פארו, שעבר למגזר הגיאותרמי לאחר עשרות שנים במגזר הנפט והגז. "אם נוכל להשתמש בבארות קיימות בסוף חייהן במקום לצקת בטון ולנטוש אותן, אנחנו לא צריכים לקדוח, אז חוסכים כסף, ונוכל להשתמש באנרגיה בבאר 20 עד 30 שנה, אם הבאר תקינה, אולי אפילו 40 שנה. הגיוני לתמוך במעבר אנרגיה טבעי. לרוב המדינות ברחבי העולם, בוודאי בעולם המתפתח, יש הרבה בארות נפט וגז. אנחנו יכולים לעזור לחברות אנרגיה להעביר את הנכסים האלה, שבדרך כלל רק מעמיסים על המאזן, למקור אנרגיה מניב הכנסה המספק אנרגיה נקייה."

לאחר שקיבלה מימון מהמרכז הטכנולוגי Net Zero בשנת 2022, חברת CeraPhi Energy חתמה על מספר הסכמי שותפות כדי לסייע בקידום ובביצוע של הטכנולוגיה הקניינית שלה במגזר רשתות החום בבריטניה.

לפרטים נוספים