На глубине полутора километров у побережья США инженеры впервые смогли получить избыток электроэнергии из тепла подводного вулкана. Установленный на морском дне генератор вырабатывал больше электричества, чем потреблял сам. Правда, продлилось это всего 8,7 секунды. Тем не менее эксперимент показал, что подводные вулканы потенциально можно использовать как источник энергии для городов и предприятий на суше.
Испытания провела американская компания Endurance Energy на подводном вулкане Аксиал, расположенном примерно в 480 километрах от побережья штата Орегон. В этом районе из океанского дна выходят потоки воды, нагретой вулканическим теплом до нескольких сотен градусов.
Происходит это благодаря естественной циркуляции морской воды. Она просачивается в трещины океанского дна, нагревается от раскалённых пород в глубине и поднимается обратно через подводные гидротермальные источники. В некоторых местах температура выходящей воды превышает 280 °C. При этом она остаётся жидкой: огромное давление на такой глубине не позволяет ей закипеть при привычных 100 °C.
Именно эту энергию инженеры решили использовать для выработки электричества. Принцип похож на работу обычных геотермальных электростанций, которые уже существуют на суше. Тепло подземных источников приводит в движение турбину, соединённую с электрогенератором. Главное преимущество такой технологии — возможность вырабатывать энергию независимо от времени суток и погоды.
Однако перенести этот принцип на океанское дно оказалось непросто. Первоначально инженеры пробурили скважину глубиной 16 метров и установили в ней трубу для подъёма горячей воды. Её температура достигала примерно 260 °C, но поток оказался слишком слабым для работы генератора.
Тогда установку подключили к расположенному поблизости естественному гидротермальному источнику. Во время испытания 27 сентября температура поступавшей воды составляла около 281 °C. Этого оказалось достаточно, чтобы раскрутить турбину примерно до 26 тысяч оборотов в минуту.
Система действительно начала вырабатывать электричество, причём часть полученной энергии расходовалась на работу собственных насосов и другого оборудования. После вычета этих затрат в течение 8,7 секунды сохранялся положительный энергетический баланс. По данным компании, медианная избыточная мощность составляла около 2 киловатт, а максимальная достигла 16,5 киловатта.
Управляли установкой дистанционно из Сиэтла. Для связи использовали существующую сеть подводных кабелей Вашингтонского университета, предназначенную для научного наблюдения за вулканом.
Получать электричество из подводных горячих источников исследователям удавалось и раньше. Например, в 2016 году китайские учёные испытали устройство, использовавшее разницу температур между горячей водой источника и холодной океанской водой. Оно непрерывно вырабатывало от 2,6 до 3,9 ватта — достаточно для питания небольшого регистратора данных и светодиодной лампы.
Американский эксперимент отличался значительно большей мощностью и использованием турбины. Однако говорить о создании полноценной подводной электростанции пока рано.
Работа генератора прекратилась из-за срабатывания системы защиты аккумулятора от чрезмерного тока. Примерно через десять минут инженеры попытались повторно запустить оборудование, но столкнулись с повреждением кабеля питания насоса. В результате испытание не позволило проверить, насколько долго система способна непрерывно производить электричество.
Компания уже готовит следующую установку мощностью 100 киловатт. В ней планируется устранить обнаруженные технические проблемы и добиться значительно более продолжительной работы. Кроме того, инженеры разрабатывают буровую систему, способную достигать глубины 500 метров под морским дном. Нынешнее оборудование рассчитано максимум на 80 метров.
Более глубокие скважины, как рассчитывают разработчики, позволят получать достаточно мощный поток горячей воды непосредственно из подземных пород, не полагаясь на естественные выходы гидротермальных источников.
В перспективе компания рассчитывает поставлять полученную электроэнергию потребителям на суше. Первый коммерческий проект разрабатывается в островном государстве Тонга, где значительная часть электричества производится с использованием импортного дизельного топлива. Начало выработки энергии запланировано на 2027 год.
Однако остаются не только технические, но и экологические вопросы. Вокруг подводных горячих источников существуют необычные экосистемы, практически не зависящие от солнечного света. Их основу составляют микроорганизмы, получающие энергию из химических веществ, поступающих из недр Земли. От них, в свою очередь, зависят другие обитатели морского дна, включая трубчатых червей.
Разработчики утверждают, что выбрали место бурения в стороне от гидротермальных источников и скоплений животных. Во время наблюдений заметных изменений в окружающих сообществах не обнаружили. Кроме того, более 40 образцов воды, горных пород и минералов направили в независимые лаборатории для анализа.
Тем не менее последствия многолетней работы подобных установок пока неизвестны. Извлечение большого количества тепла и изменение движения горячей воды потенциально могут повлиять на окружающую среду. Компания признаёт необходимость дальнейших исследований.
Есть и ещё одна важная оговорка: положительный энергетический баланс был зафиксирован только во время непосредственной работы генератора. Затраты энергии на доставку оборудования, бурение и установку в расчёты не включались. Кроме того, результаты пока опубликованы самой компанией и не представлены в рецензируемой научной статье.
Таким образом, эксперимент подтвердил лишь первый, но принципиально важный результат: тепло подводного вулкана действительно позволило установке кратковременно производить больше электричества, чем требовалось для её работы. Теперь инженерам предстоит доказать, что такая система способна стабильно работать месяцами и годами, обеспечивать полезную мощность и при этом не наносить существенного ущерба океанским экосистемам.
