Gyrotron-Geothermie-Bohrungen: Auswirkungen auf Bergbau, Öl und Gas sowie Wasserstoffproduktion

Erläuterung der Gyrotron-Geothermiebohrung

Gyrotron-Technik

In plasmabasierten Kernfusionsreaktoren wird das Plasma auf Temperaturen von oft über 100 Millionen K erhitzt, Gyrotrons erzeugen elektromagnetische Millimeterwellen, die große Mengen an Wärme erzeugen. Bei diesen extremen Temperaturen verdampfen alle Arten von fester Materie schnell.

Gyrotron-Bohrung

Ein MIT-Startup, QuaiseQuaise wendet das gleiche Prinzip auf Bohrungen an. Durch den Einsatz von Gyrotrons zur Verdampfung geologischer Formationen versucht Quaise, 12 Meilen tief in die Erde zu bohren, etwa doppelt so tief wie je zuvor, um noch nie dagewesene Mengen geothermischer Energie bei Temperaturen um 500 C zu gewinnen. Im Vergleich zu herkömmlichen Projekten, die normalerweise mehrere Jahre oder sogar Jahrzehnte in Anspruch nehmen würden, ist das Gyrotronbohren viel schneller und kann Bohrungen ähnlicher Größe in nur wenigen Monaten durchführen.

Die gyrotronbasierten Bohrsysteme von Quaise stehen zwar erst am Anfang ihrer Erprobung, doch wenn sie sich in großem Maßstab bewähren, könnten sie eine Lösung für erneuerbare Energien bieten, die schließlich 100% des weltweiten Energiebedarfs decken könnte. Viele Industriezweige - vom Bergbau über die Herstellung von Wasserstoff durch Elektrolyse, orangefarbenem Wasserstoff, weißem Wasserstoff, Öl- und Gasbohrungen bis hin zur Kernfusion - würden durch eine solche neue, große und natürliche Versorgung mit erneuerbarer Energie und das Aufkommen einer bahnbrechenden Bohrtechnologie erheblich beeinträchtigt werden.

Im Folgenden wird das Verfahren von Quaise näher erläutert. Außerdem werden die weiteren Auswirkungen der Gyrotron-Geothermie-Bohrtechnologie auf den Bergbau, die Öl- und Gas- sowie die Wasserstoffindustrie erörtert und es wird gezeigt, wie die Alicat-Geräte die Funktionalität dieser Systeme verbessern können, insbesondere auf der Forschungsebene in Bezug auf Systemdesign und -optimierung.

Das Gyrotron-Bohrverfahren von Quaise für die Geothermie

So funktioniert das Gyrotronbohren

Die Hauptkomponenten des neuartigen Gyrotron-Geothermie-Bohrsystems von Quaise sind ein Gyrotron, Spülgas, ein Wellenleiter und ein verglastes Bohrloch, das durch den Bohrprozess entsteht. Das Gyrotron erzeugt die Wärme, während der Wellenleiter als Hauptrohrleitungssystem für die wärmeerzeugenden Wellenlängen fungiert. Das Argon-Spülgas reinigt und kühlt das Bohrloch und schleudert gleichzeitig Gesteinspartikel aus, um den Bohrpfad zu reinigen.

Forschung und Entwicklung dieser Systeme können durch den Einsatz von Alicat-Massendurchflussreglern zur Bestimmung der idealen Spülgasdurchflussraten und zur Dichtheitsprüfung von Komponenten verbessert werden.

Kontrolle des Spülgasdurchflusses

Durch die Minimierung des Spülgasverbrauchs werden die Systemkosten gesenkt. Durch den Einsatz der Massendurchflussregler von Alicat zur präzisen und genauen Steuerung des Durchflusses von kaltem Argongas können die Forscher die optimale Menge an Spülgas für den gesamten Gyrotronbohrprozess bestimmen. Einige wichtige Vorteile von MC-Serie für diese Anwendung umfassen:

• Genauigkeit bis zu ±0,6% vom Messwert oder ±0,1% vom Skalenendwert, je nachdem, welcher Wert größer ist
• Reproduzierbarkeit bis zu ±0,1% vom Messwert + 0,02% vom Endwert
• Optionen in vollem Maßstab von 0,5 SCCM bis 5.000 SLPM

Dichtheitsprüfung

Ein weiterer Einsatzbereich der Alicat-Geräte für die Gyrotronbohrforschung sind die Dichtheitsprüfung von Systemkomponenten. Druckabfall- und Massendurchfluss-Lecktests können entwickelt werden, um festzustellen, ob Teile innerhalb der Toleranz undicht sind.

Bei der druckabfallenden Dichtheitsprüfung wird ein Prüfling (Systemkomponente) bis zu einem bestimmten Druckpunkt unter Druck gesetzt und dann durch Schließen eines Einlassventils von seiner Druckquelle getrennt. Ein Druckmessumformer wie M-Serie zeigt den Druckabfall über die Zeit an, der einer bestimmten Leckrate entspricht.

Alternativ gibt es einige Methoden der Massendurchfluss-Dichtheitsprüfung, die für diesen Prozess verwendet werden können.

Bei der ersten Methode wird die Luftzufuhr mit dem Prüfling über eine Strömungsleitung mit einer PC3 Druckregler und entweder eine M-Serie oder MW-Serie Massendurchflussmesser. Der PC3 befindet sich stromaufwärts des Massendurchflussmessers und ist zur Messung des Drucks stromabwärts des Massendurchflussreglers angeschlossen. Der Druckregler bringt den Prüfling auf einen konstanten Druck, während der Massendurchflussmesser die zugehörige Leckrate anzeigt.

Bei der zweiten Methode wird eine Luftzufuhr über eine Durchflussleitung mit einem einzelnen MC-Series oder MCW-Serie Massendurchflussregler, der einen konstanten Druck aufrechterhält und gleichzeitig eine zugehörige Leckrate in Echtzeit abliest. Im Vergleich zur vorherigen Massendurchflussmethode ist diese Methode für größere Systeme mit geringen Leckraten weniger geeignet, da für die Prüfung des Betriebsdrucks eine längere Stabilisierungszeit erforderlich ist.

Auswirkungen auf den Mineralienabbau

Neben der Nutzung für die geothermische Energieerzeugung könnte das Gyrotronbohren auch verschiedene Verfahren des Mineralienabbaus verändern und revolutionieren.

Im traditionellen Bergbau könnten Gyrotronbohrer eingesetzt werden, um Minen schneller und einfacher zu errichten, insbesondere in Umgebungen, die für andere Arten von herkömmlichen Bohrmaschinen schwer zugänglich sind.

Darüber hinaus könnte das Gyrotronbohren auch zur Verbesserung neuartiger Mineralienabbaumethoden beitragen, wie z. B. Biomining. Durch den Einsatz von Hochleistungs-Gyrotron-Bohrsystemen könnten schnell Bohrlöcher gebohrt werden, um spezielle Mikroben aus Bioreaktoren zur Gewinnung wichtiger Metalle wie Kupfer oder Gold einzuspülen.

Auswirkungen auf die Öl- und Gasindustrie

Durch den Einsatz von Hochleistungs-Gyrotron-Bohrsystemen könnte die Öl- und Gasindustrie potenziell in komprimierte geologische Formationen bohren, die mit den derzeitigen Methoden nicht zugänglich sind, und so den Zugang zu neuen und tiefen Öl- und Erdgasvorkommen ermöglichen.

Ein weiterer Vorteil des Gyrotronbohrens für die Öl- und Gasindustrie besteht darin, dass Projekte, die bisher in bestimmten Zeiträumen unrentabel waren, aufgrund des schnelleren Bohrverfahrens nun eine höhere Rentabilität aufweisen können.

Darüber hinaus könnte das Gyrotronbohren auch der Öl- und Gasindustrie ermöglichen, schnelle und tiefe Bohrungen für CO₂ Sequestrierungund tragen so dazu bei, die Treibhausgasemissionen zu senken und die Schäden des Klimawandels zu begrenzen, während die Unternehmen gleichzeitig durch steuerliche Anreize Geld sparen.

Da das Verfahren von Quaise schließlich skaliert werden kann, um große Mengen sauberer, erneuerbarer geothermischer Energie zu erzeugen, ist es auch möglich, dass Gyrotronbohrungen die langfristige Nachfrage nach Kohlenwasserstoffen senken. Daher kann die Skalierung dieser Technologie mit der Zeit zu einer großen Bedrohung für die Öl- und Gasindustrie werden.

Auswirkungen auf die Wasserstoffindustrie

Quaises neuartige Methoden zur Erzeugung geothermischer Energie durch Gyrotronbohrungen könnten gleichzeitig als Ergänzung und Ersatz für die Erzeugung von erneuerbarem Wasserstoff dienen.

Ergänzend dazu könnte geothermische Energie aus Gyrotronbohrungen als saubere Energiequelle für die Wasserstofferzeugung genutzt werden. Anwendungen wie Elektrolyse, Pyrolyse und Kernfusion könnten alle davon profitieren.

Als Ersatz könnte die geothermische Energie aus Gyrotronbohrungen, sobald sie in größerem Umfang eingesetzt wird, auch die Nachfrage nach vielen derzeitigen Verwendungszwecken für Wasserstoff als potenziell billigere und einfachere Alternative senken.

In der Wasserstoffindustrie könnte das gyrotrongestützte Bohren außerdem zu technologischen Entwicklungen für die derzeitigen Verfahren zur Herstellung von orangefarbenem und weißem Wasserstoff führen. Bei der Produktion von weißem Wasserstoff könnte das gyrotrongestützte Bohren zur Schaffung von Bohrlöchern für die Gewinnung von natürlichem Wasserstoff eingesetzt werden, mit ähnlichen Vorteilen, wie sie für Öl- und Gasbohrungen und den Mineralienabbau diskutiert werden. Bei orangefarbenem Wasserstoff werden gyrotrongestützte Bohrungen dazu beitragen, schneller und effizienter in eisenhaltige geologische Formationen vorzudringen, was die Wasserstoffproduktion bei gleichzeitiger Bindung von CO₂.

Genau wie beim Bohrverfahren von Quaise konnten die Spülgase zur Unterstützung der Wasserstofferzeugung während des Bohrprozesses mit Alicat-Massendurchflussreglern gesteuert werden, was eine präzise und genaue Zufuhr von Spülgas ermöglichte.