کشف روشی برای حفر چاه های عمیق برای دست یابی به انرژی بی پایان هسته زمین
ارسال شده توسط: پوریا هاشم پور 09 اسفند 1403 ساعت 22:25
با پیشرفت تکنولوژی و ایجاد توانایی حفر چاه های عمیق، بشر اکنون به دنبال رقم زدن انقلابی در عرصه دستیابی به انرژی هسته زمین است.
هسته زمین، گنجینه‌ای پنهان از انرژی است که تصور دمای بالای آن برای بسیاری دشوار قلمداد می‌شود. هسته آهنی سیاره ما در عمق خود، دمایی بالغ بر 5200 درجه سانتیگراد را تجربه می‌کند. این دما تقریبا با دمای سطح خورشید برابری می‌کند و فراتر از تصورات ماست. این حرارت عظیم، محصول ترکیبی از دو منبع اصلی و دیرینه است.
در زمان شکل‌گیری زمین عناصر رادیواکتیو سنگینی مانند اورانیوم و توریوم به درون هسته راه یافتند. این عناصر به طور مداوم در حال واپاشی رادیواکتیو هستند، فرآیندی که طی آن هسته‌های اتمی ناپایدار به هسته‌های پایدارتر تبدیل می‌شوند. در این فرآیند، مقدار عظیمی انرژی به شکل گرما آزاد می‌شود که به تدریج هسته زمین را گرم نگه می‌دارد. میزان دقیق این عناصر رادیواکتیو و سهم آن‌ها در تولید گرما همچنان موضوع تحقیقات گسترده است.
کره زمین در ابتدا به شکل توده‌ای عظیم از مواد مذاب و در حال چرخش بوده است. به مرور زمان، سطح این توده سرد شده و پوسته‌ای جامد را تشکیل داده است. اما هسته، به دلیل عایق بودن لایه‌های بالایی هنوز بخش اعظم گرمای اولیه خود را حفظ کرده است. این گرما مانند آتشی زیر خاکستر، به آرامی در طول میلیاردها سال خاموش نشده و همچنان به گرم نگه داشتن هسته ادامه می‌دهد.
این دو منبع حرارتی، هسته زمین را به یک منبع انرژی عظیم و دست‌نخورده تبدیل کرده‌اند. این منبع انرژی آن‌قدر عظیم است که مهندس ارشد تحقیقاتی در MIT، پال ووسکوف (Paul Woskov) بر این باور است که اگر بشر بتواند تنها 0.1 درصد از این انرژی عظیم را استخراج کند، قادر خواهد بود نیازهای انرژی کل جهان را برای بیش از 20 میلیون سال تأمین نماید.
انرژی هسته زمین؛ رویای دست‌یافتنی یا آرزوی محال؟
دستیابی به انرژی هسته زمین، مستلزم غلبه بر ضخامت پوسته زمین است. اگرچه ایده ایجاد نیروگاه‌های زمین‌گرمایی در هر نقطه از جهان با حفر به عمق کافی جذاب به نظر می‌رسد، اما واقعیت این است که پوسته زمین مانعی جدی بر سر راه دستیابی به منابع حرارتی عمیق‌تر برای استخراج انرژی است. ضخامت پوسته زمین در بخش های مختلف این کره خاکی بین ۵ تا ۷۵ کیلومتر متغیر است.
بخش‌های نازک‌تر پوسته، عمدتاً در اعماق اقیانوس‌ها قرار دارند اما دسترسی به این مناطق نیز با چالش‌های خاص خود همراه است. در مناطق خشکی، ضخامت بیشتر پوسته حفر به اعماق مورد نظر را بسیار دشوار و پرهزینه می‌کند. چاه “Kola Superdeep Borehole” در روسیه، نمونه‌ای بارز از این چالش است. این پروژه در سال ۱۹۷۰ و با هدف دستیابی به اعماق بیشتر در پوسته زمین و مطالعه ساختار آن انجام شد. پس از سال‌ها تلاش، این چاه به عمق ۱۲,۲۸۹ متر رسید، اما در نهایت به دلیل دمای بالاتر از حد انتظار و مشکلات فنی متوقف شد.
در گجت نیوز بخوانید:
هسته زمین در حال تغییر شکل است
این تجربه نشان داد که حفر به اعماق زیاد در پوسته زمین، با موانع فنی و اقتصادی قابل توجهی همراه است و نیاز به فناوری‌های پیشرفته و راهکارهای نوآورانه دارد. مشکلات فنی این حفاری شامل مواردی مانند پایداری دیواره چاه در دما و فشار بالا، مدیریت سیالات حفاری، و مقابله با خوردگی تجهیزات است.
علاوه بر این، افزایش عمق حفاری هزینه‌ها را به صورت تصاعدی افزایش می‌دهد و توجیه اقتصادی پروژه را زیر سوال می‌برد. با این حال، با پیشرفت فناوری‌های حفاری، مواد جدید مقاوم در برابر حرارت و خوردگی و روش‌های نوین انتقال انرژی، امید به دستیابی به منابع زمین‌گرمایی عمیق‌تر و بهره‌برداری از این منبع عظیم انرژی پاک همچنان زنده است.
حفاری با بهره‌گیری از فناوری‌های نوین
استفاده از فناوری‌های نوین برای حفاری چاه‌ها، دریچه‌ای جدید به سوی دسترسی به انرژی زمین‌گرمایی عمیق‌تر گشوده است. در میان روش‌های مختلفی که محققان در حال بررسی آن هستند، استفاده از انرژی‌های متمرکز و مستقیم مانند لیزر یا امواج میلی‌متری، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. این فناوری‌ها با قابلیت افزایش سرعت حفاری و حل مشکلات مرتبط با دما و سختی سنگ‌ها می‌توانند گامی بلند در جهت توسعه نیروگاه‌های زمین‌گرمایی بردارند.
یکی از ابزارهای کلیدی در این زمینه، ژیروترون است. این دستگاه که در ابتدا برای استفاده در پروژه‌های همجوشی هسته‌ای طراحی شده بود، اکنون پتانسیل بالایی برای استفاده در حفاری چاه‌ها دارد. ژیروترون‌ها امواج الکترومغناطیسی با طول‌موج‌های خاصی تولید می‌کنند که قادر به تخریب و ذوب سنگ‌ها با سرعت و دقت بالا هستند.
ژیروترون‌ها که در دهه ۱۹۶۰ در شوروی سابق توسعه یافتند، امواج الکترومغناطیسی با طول‌موج‌هایی کوتاه‌تر از مایکروویوها و بلندتر از نور مرئی یا مادون قرمز تولید می‌کنند. در اوایل دهه ۱۹۷۰ محققانی که روی طراحی‌های توکامک برای رآکتورهای همجوشی کار می‌کردند، متوجه شدند که این امواج روش بسیار خوبی برای گرمایش شدید پلاسما هستند.
این کشف بزرگ، مسیر توسعه ژیروترون را به عنوان یک ابزار قدرتمند در تحقیقات همجوشی هسته‌ای هموار کرد. در طول ۵۰ سال گذشته، توسعه ژیروترون با حمایت مالی و تحقیقاتی وزارت انرژی ایالات متحده آمریکا پیشرفت‌های چشمگیری داشته است. امروزه ژیروترون‌هایی با توان تولید پرتوهای انرژی مداوم بیش از یک مگاوات در دسترس هستند. این پیشرفت خبر خوشی برای حفاران اعماق زمین است، زیرا این دستگاه‌ها می‌توانند با تمرکز انرژی زیاد در یک نقطه سنگ‌ها را به سرعت ذوب کرده و مسیر حفاری را هموار کنند.
همچنین بخوانید: علت تشکیل حیات روی زمین بسیار متفاوت با آنچه تاکنون فکر می‌کردیم است آینده تاریک زمین: کاهش تدریجی اکسیژن، خفه شدن موجودات و خطر انقراض اگر زمین واقعا تخت بود شرایط چطور می‌شد؟
