Die Forschung der UNM zur Verbesserung der geothermischen Energie wird vom Energieministerium der USA unterstützt

Ein Team der School of Engineering arbeitet daran, das Problem des thermischen Kurzschlusses zu lösen

Die Universität von New Mexico erforscht effizientere, langfristigere und zuverlässigere Methoden zur Gewinnung von Wärme aus der Erde für geothermische Energie

Das Energieministerium hat eine Investition von 12 Millionen Dollar in sieben Forschungsprojekte zur Verbesserung geothermischer Systeme (EGS) angekündigt. Die Gelder werden an ein UNM-Team unter der Leitung von John Stormont, einem Professor der Abteilung für Bau-, Konstruktions- und Umwelttechnik, verteilt. Nick Carroll (UNM), Mahmoud Reda Taha (UNM), Pania Newell (University of Utah) und Stephen Bauer (UNM) bilden das UNM-Team (Sandia National Laboratories).

„Ein wichtiger Bestandteil unseres Ziels, Amerikas Markt für saubere Energie zu vergrößern und zu diversifizieren, ist die Erschließung der geothermischen Energie, einer sauberen und zuverlässigen Energiequelle unter unseren Füßen, die in allen Teilen des Landes zur Verfügung steht“, sagte US-Energieministerin Jennifer M. Granholm. „Die bahnbrechenden Ideen, die wir von den ausgewählten nationalen Laboratorien und universitären Forschungsteams erwarten, werden Amerika zu einer sauberen Energiewirtschaft verhelfen und gleichzeitig gut bezahlte Arbeitsplätze schaffen und Amerikas Arbeitskräfte im Energiebereich stärken“, so der Präsident.

Neben dem UNM-Team wurden auch Forscher der Cornell University, des Lawrence Berkeley National Laboratory, der Missouri University of Science and Technology, der Montana State University, der Oklahoma State University und der Pennsylvania State University vom DOE gefördert.

Geothermische Energie ist eine kostengünstige und langfristige Energiequelle. Die Erde erzeugt auf natürliche Weise ihre eigene Wärme. Um geothermische Energie zu erzeugen, kann Wasser in ein erhitztes Gestein gepresst werden. Das Wasser wird anschließend von diesem Gestein erhitzt und in Dampfenergie umgewandelt.

„Es wäre fantastisch, wenn wir ein Loch bohren und das heiße Wasser oder den Dampf aus der Bohrung zur Energiegewinnung nutzen könnten. „Es gibt jedoch nur relativ wenige derartige Ressourcen“, fügte Stormont hinzu. „Das Konzept der erweiterten Geothermie besteht darin, ein natürlich heißes Gestein mit Rissen zu finden. Wir pumpen kaltes Wasser durch zwei von der Oberfläche aus gebohrte Bohrungen in das Gestein, so dass das Wasser durch die Risse fließt und Wärme absorbiert. Das erhitzte Wasser wird dann in einem zweiten Bohrloch aufgefangen, an die Oberfläche gepresst und zur Stromerzeugung genutzt.“

Geothermische Energie wird eine wichtige Energiequelle für den Globus sein, wenn verbesserte geothermische Systeme richtig eingesetzt werden. Da es sich bei der Geothermie um eine erneuerbare Energiequelle handelt, hat sie nicht die gleichen negativen Umweltauswirkungen wie fossile Brennstoffe.

Die Gelder des DOE werden in die Entwicklung von EGS-Technologie und -Verfahren fließen. Dabei geht es um die Entwicklung neuartiger Materialien, die in Gesteinsspalten injiziert werden können, um die Wärmeenergieentnahme aus dem Gestein zu erhöhen.

„Das Hauptproblem besteht darin, ein gutes Zirkulationsmuster für das eingespritzte Wasser zu schaffen und dafür zu sorgen, dass es sich auf vorhersehbare und effiziente Weise durch das Gestein bewegt und die Wärme aus dem Granit absorbiert“, so Stormont.

Die Geschwindigkeit, mit der das Wasser durch das Gestein fließt, hängt von der Größe der Risse ab. Wenn Wasser in das Gestein eingeleitet wird, nehmen größere Risse mehr Wasser auf, so dass das Gestein um diese größeren Risse herum schneller abkühlt. Wenn die Risse abkühlen, vergrößern sie sich und nehmen noch mehr Wasser auf, was zu einem thermischen Kurzschluss führt, der die Effizienz und Zuverlässigkeit des EGS beeinträchtigt.

Er erklärte: „Wir suchen nach Techniken, mit denen wir die Risse, die zum thermischen Kurzschluss beitragen, steuern oder verändern können.“ „Wir setzen Mikrokapseln ein, um Dinge in die Brüche zu transportieren“, sagt der Forscher. Nachdem sich die Kapseln aufgelöst haben, verbinden sich die Bestandteile zu einem porösen Polymermaterial.

Der Wasserfluss in größeren Brüchen wird durch das Polymermaterial, das am Gestein innerhalb des Bruchs haftet, eingeschränkt. Da das Material porös ist, kann das Wasser dennoch durch den Riss fließen, wenn auch langsamer. Die Wissenschaftler können ein vielfältigeres Netz von Rissen erzeugen, indem sie den Wasserfluss in den größeren Rissen einschränken, die innere Oberfläche des Gesteins vergrößern, die Wassererwärmungszeit maximieren, die Effizienz verbessern und die Abkühlungszeit des Gesteins verringern.

„Anstatt Wasser durch einen einzigen Riss zu zwingen, kann man es durch zwanzig Risse zwingen, wodurch man die zwanzigfache Oberfläche erhält und die Lebensdauer der Ressource verlängert“, so Stormont.

Die Überwindung des thermischen Kurzschlusses ist ein entscheidender Schritt, um sicherzustellen, dass EGS eine kosteneffiziente Energiequelle ist.

„Die Fähigkeit, die Durchlässigkeit der Risse zu regulieren und damit den thermischen Kurzschluss zu minimieren, ist eine der größten Schwierigkeiten, die EGS überwinden muss, um wirtschaftlich rentabel zu sein“, fügte Stormont hinzu.