A vulkánok energiáját is bevetik a klímaváltozás elleni harcban

A tűzhányókban rejlő energia hasznosítása a világ több pontján már realitás. Bár óriási technikai kihívásnak ígérkezik, de egy új felfedezés szerint a mélytengeri vulkánok is hatalmas lehetőséget jelentenek nagy mennyiségű tiszta energia termelésére.

A vulkáni aktivitás zömmel az óceánok mélyén, több kilométerrel a felszín alatt zajlik. A mélytengeri vulkánokat azonban sokáig kevésbé találták figyelemre méltónak, mint szárazföldi társaikat. Míg utóbbiak gyakran látványos kitörések során szórják szét a vulkanikus hamut a környezetükben, addig a tenger alatti vulkánokról sokáig úgy gondolták, hogy kitöréseik csak lassan mozgó lávafolyásokat eredményeznek, ezért az akadémikusokon túl nem sok érdeklődő figyelmét vonták magukra.

Ismeretlen mélység

A közelmúltban a Leedsi Egyetem kutatócsoportja megállapította, hogy egy mélytengeri vulkánkitörés során olyan hatalmas energia szabadul fel, amely elegendő akár az Egyesült Államok adott idő alatti energiaigényének fedezéséhez is. A Csendes-óceán északkeleti részén elhelyezett távvezérelt eszközök által gyűjtött adatok apján a kutatók összefüggést tártak fel a tenger alatti vulkánkitörések során a vízben szétszóródó hamu terjedése és az óceán aljáról felfelé áramló hatalmas melegvízoszlopok (megaplume) létrejötte között. Az aktív vulkanizmussal való nyilvánvaló összefüggés ellenére a megaplume-ok kialakulásának mechanizmusa ma még ismeretlen. A folyamat megértését az is nehezíti, hogy a mélytengeri kitörésekről kevés megfigyelés áll rendelkezésre, maguknak a kitöréseknek az észlelése is rendkívüli kihívást jelent.

A megaplume-ok viselkedése hasonló a szárazföldi vulkánokéhoz azzal a különbséggel, hogy a vulkanikus hamun kívül forró, vegyi anyagokban gazdag vizet szállítanak. A kutatók egy újonnan kifejlesztett matematikai modell segítségével és a mélytengeri kitörésekről rendelkezésre álló hamuterjedési mintázatok felhasználásával rekonstruálták a megaplume-ok kifejlődésének és kiterjedésének dinamikáját. Ebből aztán a felszabaduló energia mennyiségét is ki tudták számolni, ami 10 és 100 petajoule között van. Következtetésük szerint ekkora energiát önmagában a láva nem lenne képes biztosítani. Arról lehet szó, hogy a mélytengeri vulkánkitörések, illetve a földkéregben felfelé haladó magma a geológiai tárolók (rezervoárok) gyors kiürüléséhez vezetnek, kiszabadítva az ott található forró folyadékot.

Energia a vulkánból

Bár a vulkánokból felszabaduló energiát ma még nem tudjuk hasznosítani, a tudományos innováció a jövőben megoldást nyújthat a mélytengeri vulkánenergia kiaknázására is. Jóval előrébb tart a szárazföldi vulkánok energetikai célú hasznosítása. Az izlandi IDDP-, azaz Iceland Deep Drilling Project programot azzal a céllal hívták életre, hogy 4–5 kilométeres fúrásokkal felmérje azoknak a krátereknek az energiahasznosítási lehetőségeit, amelyek a legutóbbi, 700 évvel ezelőtti vulkánkitörés alkalmával jöttek létre. A rekordot jelentő 4659 méteres mélységű 2017-es kutatófúrás eredményeképpen sikerült elérni a magmakamrát körülvevő kőzetet. Itt extrém nyomás alatt 427 °C-os vízhez fértek hozzá. Hőmérséklet szempontjából a csúcsot mégsem ez a fúrás jelenti. 2009-ben a program egyik első fúrása alkalmával véletlenül egyenesen a magmába ütköztek, majd stabilizálni is sikerült a geotermikus kitermelés során valaha előállított legforróbb, több mint 450 fokos gőzt termelő rendszert.

Ez a hőmérséklet már bőven alkalmas villamos energia gazdaságos előállítására is. A világ első magmafűtésű geotermikus energiarendszere pedig több mint hétszer annyi energia termelésére volt képes, mint egy tipikus geotermikus kút. A kutat két év után egy felszíni műszaki hiba miatt ugyan le kellett állítani, de az IDDP által bevezetett magas hőmérsékletű geotermikus kutatási módszer világszerte bárhol alkalmazható, ahol vulkánok vannak. Ha az úgynevezett mély szuperkritikus kutak (lásd: szuperkritikus víz) nagyobb szerepet kaphatnak az energiatermelésben, a hagyományos kutakhoz képest kevesebb infrastruktúrára lenne szükség ugyanolyan teljesítményhez. Ami kisebb környezeti hatást és nagyobb gazdaságosságot eredményezne.

A vulkánenergia akár a termelés helyétől nagy távolságban is hasznosítható. A tervek szerint az izlandi vulkánok által szolgáltatott energia egy részét az Egyesült Királyságban értékesítenék. Ez azonban leghamarabb egy-másfél évtized múlva valósulhat meg. Persze csak akkor, ha sikerül leküzdeni a pénzügyi és a politikai kihívásokat. Az izlandi és a brit szigeteket összekötő körülbelül 1000 kilométeres víz alatti interkonnektor ára 3–4 milliárd euró között van. Emellett az izlandiak hosszú távú, fix átvételi árat garantáló szerződésre tartanak igényt, és a Brexit is bonyolíthatja a folyamatot. Ezzel együtt a két ország közös munkacsoportja gazdaságilag életképesnek találta a beruházást, az Európai Bizottság is felvette a közös érdekű európai projektek listájára.

Újra kitörhetnek

A több mint 3000 kilométeres kelet-afrikai árokrendszer vulkánjai ugyancsak nagy lehetőséget kínálnak a tiszta energiatermelésre. A potenciál kiaknázása mellett szól az is, hogy az érintett országokban a lakosság nagy részének egyáltalán nincs lehetősége villamos energiát használni. Kenya villamosenergia-ellátásának közel 40 százalékát már jelenleg is ilyen forrásból fedezik. Etiópiában pedig mintegy 10 000 MW-ra becsülik a vulkánenergia-potenciált. A több mint 100 fiatal – vagyis legfeljebb 10 ezer éve aktív – tűzhányó ugyanakkor veszélyeket is rejt magában.

Az energetikai célú hasznosítás szempontjából a legnagyobb problémát az jelenti, hogy az afrikai vulkánokról jóval kevesebb tudás áll rendelkezésre, mint például az izlandiakról. Legtöbb esetben a legutolsó kitörésük időpontja is bizonytalan, mintegy negyedük esetében pusztán valószínűsítik, hogy ez az elmúlt száz évben történthetett. Ami azt is jelenti, hogy nagy eséllyel a következő néhány évtizedben újra aktivizálódhatnak. Márpedig ez igencsak fontos szempont, mivel a vulkánkitörések és az ipari mértékű villamosenergia-termelés nem férnek meg egymás mellett. A kutatók egyebek mellett műholdfelvételek elemzésével igyekeznek pontosabb képet alkotni az afrikai vulkánokról.

Vulkanikus tél kontra óriáserőmű?

A vulkánok hatalmas kiaknázatlan energiájának hasznosítása gyakran a szabályozáson és a pénzügyeken túlmutató kérdéseket is felvet. A tengerentúli Yellowstone Nemzeti Parkban számos, gőzöket és gázokat kibocsátó fumarola, hőforrás és gejzír található, melyeket egy hatalmas forrongó szupervulkán táplál. A tudósok szerint nem valószínű, hogy a vulkán a közeljövőben kitörne, de ha mégis, ennek katasztrofális következményei lennének. Becslések szerint a kitörés több mint ezer köbkilométer kőzetet és hamut szórna szét az Egyesült Államok szinte teljes területén. Nagy eséllyel vulkanikus telet idézve elő az egész Földön.

A NASA 2017-es gondolatkísérlete szerint a nemzeti park mentén fúrt számos kúttal, illetve a rajtuk keresztül a föld alatti forró kőzetbe pumpált hideg vízzel le lehetne hűteni a Yellowstone magmakamráját. Ezáltal pedig megelőzhető lenne egy jövőbeli szuperkitörés. Ráadásul így egy körülbelül 5 GWe teljesítményű erőmű is létrehozható, amely a világ egyik legnagyobbja lenne. Szakértői vélemények szerint a Yellowstone vulkanikus energiája az egész Egyesült Államokat képes lenne ellátni villamos energiával. Erre ugyanakkor jelenleg kevés esély mutatkozik. A Yellowstone területét más nemzeti parkokkal együtt törvény védi a kereskedelmi célú energiatermeléstől. És a geotermikus energia szakértői között is széles körű egyetértés van arról, hogy a páratlan természeti értéket, egyben kiemelt turisztikai desztinációt képviselő parknak érintetlennek kell maradnia.

Eltűnhetnek a gejzírek

Figyelmeztető példa az új-zélandi Wairekei-medence esete. A térségben 1958-ban geotermikus erőmű épült, emiatt az addig a tájképet meghatározó 70 gejzír és 240 hőforrás hamarosan eltűnt. Hiába pumpálták vissza a kitermelt vizet a föld alá. Az ugyancsak új-zélandi Whakarewarewa geotermikus területen az 1970-es években kezdtek szállodákat építeni, amelyek fürdőik és fűtőrendszereik ellátása céljából szintén a könnyen elérhető geotermikus forráshoz nyúltak. Ez hamarosan a vízszint és a gejzírek aktivitásának csökkenését eredményezte. Ezért a városi tanács limitálta a kivehető víz mennyiségét, elejét véve a további károknak.

Vagyis arról van szó, hogy bár a vulkánoknak óriási a tisztaenergia-potenciáljuk, az energia kiaknázása hátrányokkal is járhat. Hawaiin a Nagy-sziget aktív vulkánjai szinte kiáltanak a geotermikus hasznosítás után. Ennek ellenére a helyi energiaellátás leginkább messziről szállított fosszilis energiahordozókra támaszkodik. A sziget egyetlen geotermikus erőműve ellen már 25 évvel ezelőtti telepítésekor is keményen küzdöttek a helyi lakosok, az ellenállás pedig később is fel-fellángolt. A sziget áramfogyasztásának körülbelül 30 százalékát fedező erőmű 2018 májusában bezárt, miután a Kilauea kitöréséből származó láva elárasztotta a kutakat. Bár az erőmű 2020 végén újra üzembe állt, az őslakosok egy része ezt igyekezett megakadályozni, mert szerintük az erőmű megzavarja Pele vulkánistennő imádatát, a fúrás pedig megrontja szellemét.

Kiemelt kép: canva.com