Во время глубокого бурения в поисках источников геотермальной энергии в северо-восточной Исландии в 2009 году, геологи случайно обнаружили свежую магму, и это стало толчком к созданию первой в мире усовершенствованной магматической энергостанции.
Геотермальные энергостанции как правило собирают тепло, исходящее из трещин в земной коре, а не напрямую из расплавленной породы под ней, которая и генерирует это тепло. Станции заливают в трещины воду, которая даёт пар, вращающий турбины и вырабатывающий электричество.
Геологи, участвовавшие в Исландском проекте глубокого бурения, намеревались пробурить пробный колодец глубиной 4-5 километров в кальдере Крафла в Исландии в поисках перспективных геотермальных трещин, но совершенно случайно наткнулись на свежую магму всего в 2.1 километра от поверхности. Попадание в расплавленную породу весьма редко, поскольку лишь небольшая часть земной коры содержит выносы магмы достаточно близко к поверхности, чтобы до них можно было достать бурильными машинами. В мире зафиксирован лишь ещё один подобный случай попадания в магматический слой – на Гаваях, в 2007 году.
Чтобы полностью использовать преимущества этой уникальной возможности, геологи создали стальную трубу, которая была зацементирована в скважину, и по ней была подана вода для получения сверхгорячего пара. В результате соприкосновения с магмой пар достиг фантастической температуры в 450 градусов Цельсия, находясь при этом под сверхвысоким давлением, что позволило ему вырабатывать почти в семь раз больше энергии, чем типичный геотермальный колодец.
Команда провела почти два года за серией экспериментов, которые должны были показать, сумеет ли новая электростанция выдержать высокую кислотность рабочей среды, вызванную коррозионными вулканическими газами – например, сульфидом водорода, а также высокое давление магматического пара. Они успешно разработали систему, способную преодолеть эти препятствия, однако на практике ни разу не соединяли колодец с близлежащей электростанцией Крафлы.
Команда была вынуждена законсервировать скважину после двух лет исследований из-за отказа поверхностного оборудования, однако они надеются либо вернуться на место экспериментов, либо пробурить новый колодец для дальнейшего изучения возможностей сверхинтенсивной геотермальной энергии.
Статья, посвящённая деталям эксперимента на исландской скважине, появилась в январском выпуске журнала «Geothermics».
Электричество из почвы
Озгур Сахин из Института Висса (США) предлагает использовать распространённую в почве бактерию Bacillus subtilis для генерации электричества. Процесс высыхания B.subtilis до спящей споры, во время которого всё и будет происходить, довольно быстро обратим, поскольку эти существа при простом добавлении воды возвращаются в исходное состояние.
Сахин и его команда, соорудив крохотную гибкую кремниевую пластинку, вымочили её в водном растворе, содержащем споры бактерии. То есть поначалу учёные вовсе не собирались извлекать таким экзотическим способом энергию: им всего лишь казалось, что изменения будут достаточными, чтобы с помощью специально модифицированного атомно-силового микроскопа измерить силу, с которой процесс высыхания воздействует на бактерии и поверхность под ними.
Однако ещё до помещения пластинки под микроскоп она вдруг свернулась наподобие «вещей рыбки». Когда же Сахин подышал на неё, она снова развернулась (в его дыхании была влага). «Я понял, что речь идёт о весьма мощном эффекте», — вспоминает Озгур.
По расчётам учёного, такая гибкая пластинка при переходе от влажности воздуха сухого дня к влажности дня туманного выдаёт в тысячу раз больше силы, чем человеческий мускул на единицу веса. И это вдесятеро больше, чем материалы, используемые в нынешней робототехнике для создания актуаторов! Учёные свидетельствуют: после намокания 450 г спор этих бактерий «произведут» достаточно энергии, чтобы поднять автомобиль на метр над землей.
Дальнейшие эксперименты показали, что для «бактериальных актуаторов» резина и эффективнее, и дешевле кремния:
Причём даже простейшая опытная модель, сделанная из конструктора «ЛЕГО», показала возможность генерирования электричества посредством вращения магнита, управляемого рычажком, который двигается туда-сюда вслед за быстрыми изменениями влажности.
КПД такой установки невысок (впрочем, если бы вы сделали модель ДВС или паровой машины из «ЛЕГО», их эффективность вряд ли была бы выше). Кроме чисто механического, инженерного совершенствования модели, Сахин полагает перспективным и генетическое модифицирование почвенных бактерий с целью обретения их спорами большей жёсткости и эластичности. Первая линия мутантных B. subtilis уже выведена и доказала, что способна хранить вдвое больше энергии на единицу веса, чем обычные бактерии, использовавшиеся на старте экспериментов.
«Солнечная и ветровая энергетика довольно резко меняют свою выработку, когда солнце не светит, а ветер не дует, — говорит Дон Ингбер из Института Висса. — Если изменения во влажности могут быть эффективно использованы для генерации электричества более крупными версиями таких устройств, это откроет более лёгкий доступ к новым источникам возобновляемой энергии».
На Земле есть ряд биогеоценозов, где влажность с высокой периодичностью меняется на протяжении суток (приливная зона и т. д.), и в теории тамошние бактериальные актуаторы могут быть использованы не для хранения энергии, а для её прямой первичной генерации.
Марк Кайфман
