Chưa từng có trên thế giới: Một quốc gia chọc thủng "hỏa ngục" 1.300 độ C để lấy kho báu siêu sạch

Lần đầu tiên trên thế giới, Iceland công bố kế hoạch khoan sâu vào lò magma - đá nóng chảy chảy bên dưới lớp vỏ Trái đất - nhằm trực tiếp đo magma, tiến hành các thí nghiệm khoa học chưa từng có để giải đáp những bí ẩn trong hệ thống thủy nhiệt sâu. Kế hoạch này có tên Krafla Magma Testbed (KMT). Dự kiến sẽ bắt đầu đặt mũi khoan đầu tiên vào năm 2026, Newcivilengineer đưa tin ngày 8/1/2024.

Trong lịch sử, nhiều quốc gia đã tiến hành khoan sâu vào lõi Trái đất, nhưng đây là lần đầu tiên một quốc đảo vùng Bắc Đại Tây Dương dũng cảm mang công nghệ đến thăm dò "hỏa ngục" nóng nghìn độ C, cách mặt đất vài km.

Nhờ vị trí địa lý đặc biệt, Iceland còn được gọi là "vùng đất của lửa và băng". Quốc gia này vừa giáp vòng Cực Bắc, lại vừa nằm trên Vành đài núi lửa Đại Tây Dương nên không chỉ có khí hậu giá lạnh, băng tuyết dày mà còn nhiều núi lửa và nguồn địa nhiệt khổng lồ.

Do đó, bên cạnh các mục tiêu khoa học, Dự án thử nghiệm Krafla Magma còn phục vụ một mục đích lớn khác: Khai thác năng lượng địa nhiệt ở quy mô chưa từng được thực hiện trước đây.

Nỗ lực này hứa hẹn sẽ cung cấp năng lượng cho các ngôi nhà trên toàn Iceland bằng nguồn năng lượng vô hạn, có thể tái tạo.

Khai thác "hỏa ngục" Trái đất

Năng lượng địa nhiệt - một khái niệm không mới trên thế giới, là một loại năng lượng gần như vô tận đã được Iceland khai thác trong nhiều năm.

Tài nguyên địa nhiệt là các hồ chứa nước nóng tồn tại tự nhiên; hoặc do con người tạo ra ở các nhiệt độ và độ sâu khác nhau dưới bề mặt Trái đất (bằng các lỗ khoan). 

Có thể tóm tắt cách năng lượng địa nhiệt tạo ra điện như sau: Người ta khoan vào các khu vực nóng dưới lòng đất để tạo ra hơi nước từ nước nóng. Hơi nước này làm quay tua-bin, tạo ra điện. 

Theo Văn phòng Công nghệ Địa nhiệt của Bộ Năng lượng Mỹ, năng lượng địa nhiệt có thể tái tạo và cực sạch. Vì các nhà máy điện địa nhiệt hiện đại không thải ra khí nhà kính và có lượng phát thải trong vòng đời thấp hơn 4 lần so với quang điện Mặt trời và thấp hơn 6 đến 20 lần so với khí tự nhiên. Chưa hết, các nhà máy điện địa nhiệt trung bình tiêu thụ ít nước hơn trong suốt quá trình sản xuất năng lượng so với hầu hết các công nghệ sản xuất điện thông thường.

Cần nói rõ thêm về magma: Magma là đá nóng chảy, là hỗn hợp của silicat lỏng ở nhiệt độ và áp suất cao. Magma di chuyển ở độ sâu trong lòng đất hoặc trồi lên bề mặt Trái đất dưới dạng dung nham.

Theo cuốn Bách khoa toàn thư tiếng Anh Britannica, có ba loại magma chính: (Loại 1) Magma bazan (hoặc mafic) chiếm ưu thế trong các vụ phun trào núi lửa không nổ. Nó là magma nhiệt độ cao, nóng 1.200 độ C hoặc hơn, đặc trưng bởi dung nham chảy. Ngược lại, (loại 2) nhiệt độ của magma rhyolitic (hoặc felsic) thấp hơn nhiều, từ 750–850 độ C. (Loại 3) Magma Andesit có nhiệt độ trung bình từ 800–1.000 độ C.

Ngày nay, ít nhất 90% ngôi nhà ở Iceland được sưởi ấm bằng năng lượng địa nhiệt và 70% tổng năng lượng sử dụng ở quốc đảo này đến từ các nguồn địa nhiệt - nơi có hàng nghìn lỗ khoan được khoan vào đá núi lửa (có nhiệt độ từ 700 đến 1.200 độ C), nên hiệu quả mang lại chưa cao. Và việc khoan trực tiếp vào lò magma là điều chưa từng có.

Việc khai thác lò magma nhiệt độ cao hơn có thể tăng cường đáng kể nguồn cung cấp năng lượng. Đây chính là tham vọng của Dự án Krafla Magma Testbed (KMT).

Nước trong lò magma không được thu thập dưới dạng hơi nước như trường hợp của các nhà máy địa nhiệt thông thường (khoan vào đá núi lửa) mà ở dạng nước “siêu tới hạn” - nước quá nóng và bị nén, nó không hẳn là chất lỏng hay hơi nước. Một nhà máy địa nhiệt magma công nghệ cao có thể tạo ra năng lượng gấp ít nhất 10 lần so với một nhà máy địa nhiệt thông thường, Newcivilengineer thông tin.

Hjalti Páll Ingólfsson - Giám đốc Georg - cho biết năng lượng magma mạnh hơn năng lượng địa nhiệt theo cấp số nhân. Ông cho biết thêm, công nghệ năng lượng magma cũng có tiềm năng được triển khai ở các vùng núi lửa trên khắp thế giới, ví dụ như Mid Atlantic Ridge, dãy núi lửa dưới nước kéo dài 16.000 km từ Bắc Cực đến Nam Cực.

“Dự án ban đầu này của Iceland là cái mà bạn có thể gọi là 'cửa ngõ' dẫn đến 'năng lượng magma' toàn cầu", Hjalti Páll Ingólfsson nhận định.

Những thách thức kỹ thuật ghê gớm

Tất nhiên, tham vọng cao hơn đòi hỏi thách thức lớn hơn. Đích nhắm của Iceland chính là lò magma sâu bên trong núi lửa Krafla. 

Núi lửa Krafla của Iceland là một trong những khu vực núi lửa hoạt động mạnh nhất thế giới. Nó nằm giữa ranh giới kiến tạo của Sống núi giữa Đại Tây Dương. Ngọn núi lửa mới miệng rộng 10 km này đã phun trào rất nhiều lần, vụ gần đây nhất là vào năm 1984. 

Bất chấp tính chất dễ biến động, vị trí địa chất độc đáo của núi lửa Krafla khiến nơi đây trở thành địa điểm lý tưởng cho dự án địa nhiệt tiên phong này.

Lò magma của Krafla, nơi nhiệt độ lên tới 1.300 độ C, nằm cách bề mặt chỉ 2-4km. Điều này làm cho việc khoan vào lò magma vừa tương đối dễ dàng vừa cực kỳ khó khăn: Dễ dàng vì lò magma không quá sâu. Khó khăn vì mũi khoan cần chịu được nhiệt độ ít nhất 1.300 độ C mà không bị mềm như sợi bún (nóng chảy).

Tuy nhiên, Iceland nắm được điểm mấu chốt của vấn đề này vì vào năm 2009, một nhà máy địa nhiệt Iceland gần đó đã vô tình khoan vào lò magma của núi Krafla. Vụ việc tiết lộ những hiểu biết quan trọng về trạng thái lỏng và tương tác của magma. Mặc dù vỏ thép của máy khoan đã bị phá hủy trong quá trình này nhưng phát hiện này cũng cho thấy việc "xâm nhập" vào lò magma của Krafla không khiến núi lửa phun trào.

Các nhà khoa học của Krafla Magma Testbed (KMT) vẫn đang ngày đêm thử nghiệm những vật liệu phù hợp có thể chịu được những điều kiện "hỏa ngục" này để chuẩn bị cho chuyến khoan đầu tiên dự kiến vào năm 2026. Dự án đang được triển khai dưới sự bảo trợ của Cụm nghiên cứu địa nhiệt (Georg) có trụ sở tại Reykjavík, thủ đô của Iceland.

Nếu thành công, Krafla Magma Testbed (KMT) không chỉ có thể cung cấp lượng năng lượng dồi dào mà còn thúc đẩy khoa học bằng cách cung cấp các công cụ mới để theo dõi núi lửa và dự đoán núi lửa phun trào.

Cuối cùng, việc khoan vào lò magma sẽ mang lại cơ hội chưa từng có để quan sát vụ phun trào núi lửa từ nguồn của nó. Các nhà nghiên cứu núi lửa từ lâu đã dựa vào các phương pháp gián tiếp để nghiên cứu magma. Dự án KMT của Iceland hứa hẹn cho phép các nhà khoa học lần đầu tiên nghiên cứu kỹ về magma thông qua việc lấy mẫu trực tiếp.

Như vậy, hành trình đến với "trái tim" magma của Iceland không chỉ là về năng lượng. Dự án Krafla Magma Testbed (KMT) có thể "cách mạng hóa" sự hiểu biết của chúng ta về hoạt động núi lửa, sự hình thành lục địa và thậm chí cả năng lượng địa nhiệt, năng lượng magma. 

Đó là một bước đi táo bạo hướng tới một kỷ nguyên mới của năng lượng tái tạo và sự hiểu biết sâu sắc hơn về độ sâu rực lửa của hành tinh chúng ta.

Nguồn: Zmescience, Newcivilengineer, Wonderfulengineering, Britannica