У геотермальной энергии есть потенциал стать дешевой, надежной и неисчерпаемой, учитывая доступность тепла Земли в течении 24 часов в сутки, 7 дней в неделю.
Подтверждением этому является использование нового поколения геотермальных установок, которые уже не используют исходящий пар от горячих источников и гейзеров. Нет необходимости находить эти термальные красоты; сегодня геотермальные инженеры искусственно делают такие источники путем глубинного бурения горной породы и закачиванием в нее воды.
Где бурить? Инженеры не могут видеть, что происходит под землей. Бурение скважин в нужном месте можно сравнить с игрой в гольф с завязанными глазами: даже если кто-то собьет вас с правильного направления, вы все равно ударите мяч в сторону зеленого поля. Но оказывается, крошечные фрагменты ДНК, опущенные в скважину, вскоре смогут помочь инженерам проследить за траекторией воды под землей, помогая им каждый раз «попадать в лунку».
В классической геотермальной системе инженерам фактически приходиться бурить два типа скважин. В первом типе бурение производится вниз на 2 или 3 мили и запускается холодная вода глубоко вниз, где она разрывает горячую породу и создает новые пути для движения воды. Этот тип похож на разрыв пласта, но без использования химических веществ.
Скважины второго типа, которые называются технологическими скважинами, пересекаясь с такими разрывами, несут (уже горячую) воду обратно вверх на поверхность, а горячая вода отдает пар, который вращает турбины и производит электроэнергию.
Теперь для производства максимального количества энергии геотермальной установкой, инженерам необходимо очень внимательно разместить эти множественные технологические скважины, убедившись, что каждая новая скважина наилучшим образом доставит на поверхность горячую воду с паром.
Хорошая технологическая скважина бурится только в правильных местах на пересечении разрывов, которые являются глубокими, большими и обширными, так, что вода перетекает в них очень легко.
Но у инженеров нет устройств, которые показали бы, где произошли разрывы от изначально пробуренных скважин и какова их длина. И они пытаются сопоставить, отслеживая путь потока воды под землей.
Сейчас инженеры могут отслеживать путь движения воды, используя ряд индикаторов флуоресцентного окраса, который есть в химических радиоактивных элементах.
Но эти методы могут давать путанные результаты. Ученые смешивают индикаторы с водой, которая заливается в скважину, а затем следят за работой технологических скважин, где индикаторы должны появиться примерно через месяц. Но индикаторы могут застрять или разрушиться, а также остаться от испытания, которое произошло полгода назад, кроме того они могут работать не так, как от них ожидают, про что сообщили в одной из опытных исследовательских групп. Свои результаты они предоставили Всемирному геотермальному конгрессу, который проходил в 2015 году.
Группа помещала несколько индикаторов в скважину и один из них, как показалось, исчез совсем. Индикатор, что случайно, в конце концов, появился, был одним из тех, который группа даже не вводила в скважину. Ученые пришли к выводу, что химическая реакция превратила его из одного материала в другой.
«Такого рода осложнений, с которыми сталкиваешься на практике, мы хотим избежать при помощи ДНК» говорит Роланд Хорн инженер по геотермальным системам из Стенфордского университета.
С помощью специальных ДНК пометок, даже если вы потеряете некоторые из них, вы сможете точно знать, где вводили пометку и в какое время.
Опираясь на работы ученых, которые пытаются сохранить длинные коды ДНК, команда Хорна использовала короткие синтетические фрагменты ДНК для отслеживания движения воды.
У ДНК есть уникальный рисунок с около ста пар у основания, и эти завитки находятся вокруг крошечного шарика, состоящего из диоксида кремния. Команда Хорна помещает диоксид в кремниевую оболочку вокруг ДНК чтобы защитить ее. Хорн представил результаты лабораторных исследований на ежегодном Совете по геотермальным ресурсам в сентябре 2015 года в городе Рино, в штате Невада (США).
«Это отличная идея, так как уникальный код этих шариков из диоксида кремния даст много информации» говорит химик Майкл Бартл, который работает над геотермальными индикаторами в университете штата Юта. «Большой вопрос, когда речь идет о ДНК, какие будут температуры?». В подземных разрывах окружающая среда суровая, с большим давлением и температурами, которые достигают 600 градусов по Фаренгейту.
До сих пор шары из диоксида кремния пережили 6 часов при 300 градусной температуре в лаборатории, но они пока не были испытаны в естественных условиях. Хорн и его команда продолжают работать над тем, чтобы защитить ДНК в длительных испытаниях в естественных условиях. Еще большая стойкость к высоким температурам будет следующим шагом и это часть той гонки, которая происходит во всем мире по поиску крепкого, надежного и точного индикатора.
Если испытания таких индикаторов в естественных условиях действительно окажутся успешными, то зная расположение наибольших разрывов и лучших скважин, заводы смогут инвестировать ресурсы разумно. И тогда геотермальная энергетика сможет развиваться где угодно.
