מסע אל בטן האדמה: האם האנרגיה הגיאותרמית תחליף את השמש?

הכותבת היא סמנכ"לית מחקר בילין לפידות. אין לראות באמור הצעה או ייעוץ לרכישה ו/או מכירה ו/או החזקה של ניירות ערך, והוא אינו מהווה תחליף לייעוץ המתחשב בנתונים ובצרכים המיוחדים של כל אדם

מקור האנרגיה הגדול ביותר בקרבתנו הוא השמש, אך בעומק האדמה קיים מאגר אנרגיה אחר, גדול וקרוב הרבה יותר. האם משם תגיע הישועה לייצור בלתי פוסק ויציב של חשמל ירוק?

בני האדם מנצלים את החום הטבעי שנפלט מכדור הארץ כבר אלפי שנים, למשל באמצעות שימוש במעיינות חמים לרחצה, לכביסה ולבישול; עם התקדמות הטכנולוגיה, עבר השימוש בחום לחימום מבנים ובריכות ולהפשרת שלגים.

מערכת החימום הגיאותרמית הראשונה בעולם הוקמה ב-1890, בעיר בויז שבאיידהו, ארה"ב, וכיום היא מחממת כ-100 מבנים, והיד עוד נטויה. השימוש באנרגיה הגיאותרמית, שנוצרת ונאגרת בליבתו של כדור הארץ ובקרומו, הלך והשתכלל, ועוד במאה הקודמת פותחו תחנות כוח המייצרות מאנרגיה זו חשמל.

שימוש באנרגיה גיאותרמית מאפשר ייצור חשמל באופן נקי ורציף, אבל עדיין נחשב לנישתי, יקר וכזה שמוגבל לאזורים פעילים מבחינה געשית בלבד.

אלא שלא מעט חברות בעולם, ובמיוחד בארה"ב, טוענות שבאמצעות טכנולוגיות חדשות שלהן ניתן יהיה לייצר בקרוב חשמל, במחירים סבירים, מאזורי חום שונים בכדור הארץ, שעד היום חברות כמו אורמת האגדית לא פעלו בהם.

מחקרים מראים כי כ-0.1% בלבד מתכולת החום בכדור הארץ מסוגלת לספק את צורכי האנרגיה של האנושות למשך כשני מיליון שנה. רק כמה קילומטרים מתחתינו יש מספיק אנרגיה בקרום כדי להניע את כל הציוויליזציה האנושית לדורות הבאים.

בעוד שהבאר העמוקה ביותר שנחפרה עד היום היא בעומק של כ-12.5 ק"מ, ליבת כדור הארץ מתחילה בעומק של כ-2,900 ק"מ. תעשיית האנרגיה הגיאותרמית קוראת לליבת כדור הארץ "השמש שמתחת לרגלינו". הטמפרטורה שם מגיעה ליותר מ-5,500 מעלות צלזיוס. החום שנאגר בכדור הארץ מתחדש כל הזמן, בתהליך התפרקות של יסודות רדיואקטיביים טבעיים, שנמשך ויימשך עוד מיליארדי שנים, בקצב שנתי של כ-30 טרה-וואט.

ארבע שיטות עיקריות להפקת אנרגיה גיאותרמית

כיום מוכרות ארבע שיטות עיקריות להפקת אנרגיה גיאותרמית. השיטה הפופולרית ביותר היא תחנות הכוח הקונבנציונליות, שמנצלות את המים החמים שבמאגרים הידרותרמיים תת-קרקעיים, שאותם ניתן לאתר באמצעות גייזרים, מעיינות או פומרולות (סדקי פליטה של אדים וגזים), שבוקעים במקומות מסוימים בעולם.

כדי להגיע למים החמים (שהטמפרטורה שלהם מגיעה עד 370 מעלות צלזיוס בעומקים שאליהם קודחים), קודחים בארות, והקיטור שמשתחרר מסובב טורבינה שמייצרת חשמל. המים שהתקררו מוחזרים למאגר התת-קרקעי, וכך נשמר לחץ המים בתת-הקרקע. מאגרים כאלו לא קיימים ברוב המקומות בעולם, אלא בעיקר באזורים שבהם פעילות געשית פעילה.

שיטה מתקדמת יותר היא המערכות הגיאותרמיות המשופרות (EGS) שמנצלות את החום הרב שמצטבר בסלעים מוצקים גם ללא מאגר מים תת-קרקעי. קידוחים אלו מבוצעים בעומקים גדולים יותר ביחס לקידוחים הקונבנציונליים.

בשיטה זאת מחדירים מים (או חומרים אחרים) בלחץ גבוה, נותנים להם לעבור דרך סלע חם ואוספים את המים החמים מפתח יציאה. האתגר בקידוחי EGS טמון בעיקר בעלות הגבוהה של קידוח לעומק רב וביכולת להקים מתקן רווחי.

הקידוחים העמוקים עלולים לגרום רעידות אדמה, מה שמגביל הקמת פרויקטים כאלה לצד אזורים עירוניים. כיום נעשה שימוש בטכניקות EGS להגברת ביצועים של מתקנים גיאותרמיים קונבנציונליים, וטרם הוקם מתקן EGS טהור להפקת חשמל.

השיטה היעילה ביותר מבחינה אנרגטית היא שימוש במים "סופר-חמים". כשטמפרטורת המים גבוהה מ-373 מעלות צלזיוס, וכשלחץ המים גבוה מ-20 בר, המים הופכים ל-Supercritical, מצב צבירה שאינו נוזל ואינו גז. במצב זה המים מכילים פי 4-10 יותר אנרגיה ליחידת מסה.

החום הגבוה מכפיל כמעט את יעילות ההמרה לחשמל: ניתן להפיק יותר חשמל משלוש בארות בטמפרטורה של כ-400 מעלות צלזיוס לעומת 42 בארות EGS בטמפרטורה של כ-200 מעלות צלזיוס, והפגיעה בסביבה מצומצמת הרבה יותר.

במאגרים הסופר-חמים מייצרים את החשמל הזול ביותר. תחום המים הסופר-חמים והקידוח לעומק של 10-20 קילומטרים עוד בראשיתו, וכיום אין בעולם מתקנים בטכנולוגיה הזאת.

השיטה הרביעית היא מערכות גיאותרמיות מתקדמות (AGS), שבה בארות נקדחות ומתחברות זו לזו מתחת לאדמה, כדי ליצור צנרת סגורה. הנוזלים מסתובבים ב"לולאה" מתחת לאדמה, קולטים חום ומובילים אותו למעלה. מערכות AGS מאפשרות להפיק חשמל מחום גיאותרמי כמעט בכל מקום על פני כדור הארץ, ומיזמי פיילוט שבוצעו הוכיחו שזה אפשרי.

נכון ל-2019 נבנו בעולם מתקנים המייצרים חשמל ממקורות גיאותרמיים בהיקף של 15.4 ג'יגוואט. המדינה המובילה בעולם בתחום היא ארה"ב, אחריה אינדונזיה, הפיליפינים, טורקיה, ניו זילנד, מקסיקו, איטליה, קניה, איסלנד ויפן.

ייצור החשמל כיום דורש מים בטמפרטורה גבוהה מ-150 מעלות צלזיוס, אבל ניתן לייצר חשמל גם במאגרים רדודים בעלי טמפרטורות נמוכות יחסית (באמצעות חומרים אשר הופכים לגז בטמפרטורה נמוכה ממים), ולנצל מקורות אנרגיה שעד היום לא נוצלו.

היתרונות הבולטים של החשמל הגיאותרמי

לחשמל גיאותרמי שלושה יתרונות עיקריים.

יציבות: מקורות גיאותרמיים מספקים אנרגיה מסביב לשעון בהיקפים קבועים יחסית, בניגוד לאנרגיה סולארית שלא עובדת בשיאה כשמעונן או כשיש אובך, ולא עובדת בשעות הלילה, או טורבינות רוח שעלולות לקפוא בקור (כפי שקרה לאחרונה בטקסס).

קיימות: מדובר באנרגיה נקייה שאינה פולטת גזים מזהמים לאטמוספירה.

בטיחות (יחסית): האלטרנטיבה העיקרית שמספקת אנרגיה יציבה מסביב לשעון היא כורים גרעיניים, שבהם יש סכנה של דליפות חומרים רדיואקטיביים או אסונות קשים יותר.

אחת החברות הבולטות בתחום האנרגיה הגיאותרמית, שמקימה תחנות כוח גיאותרמיות במאגרים הידרותרמיים קונבנציונליים, ופועלת בתחום אגירת האנרגיה, היא אורמת הישראלית. החברה נחשבת למובילה עולמית בתחומה, והיא הציגה תוצאות מעולות בדוחות הכספיים האחרונים.

אסי גינזבורג, סמנכ"ל הכספים של החברה, הציג בשיחת הוועידה האחרונה שוק אופטימי מאוד; לדבריו, זה שוק של מוכרים, ולא תהיה בעיה למכור את החשמל מכל פרויקט שיוקם בחוף המערבי.

לעומת הפקת חשמל מאנרגיה סולארית או מהרוח, ההשקעה בהקמת תחנת כוח כמו של אורמת היא גבוהה מאוד, ודורשת קידוחי אקספלורציה וניתוחי שטח. ההשקעה בזיהוי פוטנציאל להקמת תחנה היא כ-5-10 מיליון דולר, עוד לפני שמניחים את אבן הפינה. נוסף על כך, יש צורך להתמודד עם הרגולציה בכל מדינה, לסגור חוזים ארוכי-טווח ולקבל רישיונות - ועד אז לא ניתן לגייס מימון להקמת התחנות.

הסטארט-אפים שמנסים פיתוחים טכנולוגיים

לא מעט סטארט-אפים צצו בתחום, בניסיון לפתח אותו טכנולוגית ולהתמודד עם חסמי הכניסה הגבוהים. הנה כמה דוגמאות בולטות.

חברת Strada Global מפתחת טכנולוגיה בשם Fluid Hammer וטכנולוגיות נוספות להוזלת הקידוחים. לדברי החברה, הטכנולוגיה שלה יכולה להפחית את הזמן והעלויות עד 70% בהשוואה לטכנולוגיות קיימות, וגם להגיע לטמפרטורות שבהן לא ניתן לקדוח כיום.

Sage Geosystems פיתחה טכנולוגיות לקידוח כמעט בכל תצורת סלע בעולם, וגם בלב ים, במחיר זול יחסית.

Dandelion Energy גייסה עד היום כ-64.5 מיליון דולר ופיתחה מערכות חימום ומיזוג אוויר גיאותרמיות לבתים.

Eavor מקדמת ייצור אנרגיה ממקורות גיאותרמיים, שאינם קרובים לפעילות געשית, באמצעות מערכות AGS בשיטת לולאה סגורה בין שתי בארות (כמו רדיאטור). כך ניתן להקים תחנות כוח גיאותרמיות במיקומים חדשים, ללא צורך במשאבות (החום והקור יוצרים אפקט שמניע את הנוזל). החברה גייסה עד היום כ-83.1 מיליון דולר.

Quaise נולדה ב-MIT, והיא מפתחת טכנולוגיית קידוח סופר-עמוק בפרק זמן קצר יחסית. המערכת תאפשר לקדוח לעומק של כ-20 קילומטרים ולהגיע לטמפרטורות של כ-500 מעלות צלזיוס, תוך שימוש בגלים אלקטרומגנטיים לפיצוץ סלעים. החברה גייסה עד היום כ-58 מיליון דולר.

AltaRock Energy מפתחת גם היא מערכות EGS המתאימות לקידוח סופר-עמוק עם גלים אלקטרומגנטיים ולייזרים. החברה גייסה עד היום כ-36.5 מיליון דולר.

Fervo Energy מפתחת טכנולוגיית EGS שתוזיל את עלות ייצור החשמל על ידי פיתוח משאבים גיאותרמיים שבעבר לא היו כלכליים. החברה גייסה עד היום כ-39 מיליון דולר.

Loki Geothermal האיסלנדית מתמחה בייצור ציוד גיאותרמי, ומפתחת שסתומים עמידים לבארות בטמפרטורות גבוהות מאוד של יותר מ-250 מעלות צלזסיוס.

GreenFire Energy מפתחת טכנולוגיה שתאיץ את המעבר למערכות AGS בלולאה סגורה.

פיילוטים ברחבי העולם כבר הוכיחו היתכנות כלכלית וביצועית לחלק מהטכנולוגיות, אבל טרם נמכרו תחנות כוח בטכנולוגיות החדשות.

האנרגיה הגיאותרמית היא מקור ירוק שיכול לספק לאנושות חלק מדרישת החשמל, באופן נקי ורציף. פריצות דרך טכנולוגיות ממשיכות לקדם את התחום כמעט בכל מקום בכדור הארץ, וחברות רבות יצאו למסע למעמקי כדור הארץ.

בעולם ששואף להיות ירוק יותר, עם אפס פליטות נטו עד 2050, ממשלות רבות וארגונים ירוקים ידחפו עוד ועוד חברות לפעול בתחום הזה. חלקן גם יגיעו לבורסה.