Na otázky odpovídá RNDr. Jiří Málek, Ph.D. z Ústavu struktury a mechaniky hornin AV ČR
Co bude podle vás nejpalčivějším problémem lidstva v blízké budoucnosti?
Limitujícím faktorem vývoje lidské společnosti v následujících dekádách bude podle mého názoru nedostatek laciné a všeobecně dostupné elektrické energie, jejíž výroba zároveň nesmí příliš poškozovat životní prostředí. Mnohé další problémy, které se nyní objevují, se dají poměrně snadno vyřešit, pokud bude dostatek elektrické energie. Například, nedostatek pitné vody lze řešit odsolováním mořské vody. Také nedostatek potravin lze řešit zúrodněním zemědělské půdy a omezením rozlohy pouští a polopouští, ovšem za předpokladu značné spotřeby energie. Laciná elektrická energie by mohla zavést do praxe řadu výrobních postupů, které jsou již dnes známé, ale nejsou konkurenceschopné kvůli vysokým cenám energie.
Jaké energetické zdroje budeme v budoucnu využívat?
Předpovídání budoucnosti je krajně obtížnou disciplínou, proto bych se do ní nerad pouštěl. Je jisté, že éra spalování fosilních paliv pomalu končí. Existuje několik nadějných technologií, které by se mohly v budoucnu masově uplatnit a přinést zlevnění elektřiny. V první řadě jsou to nové typy jaderných elektráren, které využívají stejně jako současné elektrárny štěpení jader těžkých prvků. V tomto oboru je možno pozorovat velký pokrok, příkladem může být uplatnění malých modulárních reaktorů. Do ceny elektřiny totiž musíme započítat nejen náklady na výrobu elektřiny a likvidaci radioaktivního odpadu, ale také náklady na distribuci elektřiny, které by v tomto případě mohly být nižší. O ceně elektřiny z fúzních jaderných elektráren, pokud se je podaří vyvinout a uvést do provozu, lze v tuto chvíli jen spekulovat. Elektřina z větrných a solárních elektráren je v současnosti velmi drahá, ovšem i zde se možná dočkáme značného snížení výrobních nákladů. Ovšem vzhledem k předpokládanému růstu ceny pozemků má toto snížení ceny své limity. Nejnadějnějším zdrojem laciné elektrické energie je podle mého názoru v horizontu několika desítek let geotermální energie.
Existují dostatečné zdroje geotermální energie?
Ano, geotermální zdroje jsou prakticky nevyčerpatelné. Celé zemské nitro je rozpálené na vysokou teplotu a představuje prakticky nevyčerpatelný zásobník tepelné energie, kterou lze přeměnit na energii elektrickou. Již dvacet kilometrů pod povrchem je teplota hornin kolem 600° C, která je plně dostatečná pro výrobu elektrické energie ve velkých objemech. S nadsázkou tak lze říci, že řešení energetických problémů lidstva je jen 20 km daleko, totiž směrem dolů.
Proč se tedy geotermální energie k výrobě elektřiny dosud příliš nepoužívá?
Problém je, jak se do velkých hloubek dostat. Proto se geotermální elektrárny vyplácejí zatím jen v místech, kde se vyskytuje díky vulkanické aktivitě horká pára poměrně blízko povrchu. Například na Islandu vyrábějí lacinou geotermální elektřinu, která je jedním ze zdrojů blahobytu místních obyvatel. Rovněž v Kalifornii jsou geotermální elektrárny velmi ziskové. Mnohé další státy provozují velké geotermální elektrárny, například Filipíny, Indonésie, Mexiko, Itálie nebo Nový Zéland. Velký rozvoj těchto elektráren můžeme vidět ve střední Americe a v Africe. Na větší části zemského povrchu však musíme vyhloubit velmi hluboké vrty, abychom se ke geotermálnímu teplu dostali. To je zatím technologicky náročné a velmi drahé.
Co je třeba udělat, abychom mohli začít ve velkém vyrábět elektřinu z geotermální energie?
Především je nutné zlevnit vrtání do velkých hloubek. V posledních letech vzniklo několik technologií, které to umožňují. Jeden z těchto vynálezů vzniknul v roce 2019 i v našem ústavu. Jedná se o metodu horkého vrtání, kdy je do Země zapouštěn speciální kontejner, který roztaví horninu na svém dolním konci a zajistí její opětovné ztuhnutí na horním konci. Část materiálu je přitom použita na zapažení vrtu, zbytek je po utuhnutí vytažen na povrch. Podobný koncept vzniknul také v USA, kde se chystá jeho první zkouška v roce 2028. Dále je třeba najít efektivní způsob, jak geotermální teplo přeměnit na elektrickou energii. V současné době pracujeme na tzv. kryogenním motoru, který by to měl vyřešit.
V čem spočívá princip kryogenního motoru?
Účinnost tepelného stroje, který pracuje v uzavřeném cyklu, je do značné míry závislá na nejvyšší a nejnižší teplotě, které během cyklu dosáhne používané médium. V našem kryogenním motoru používáme kapalný argon, který má nejnižší teplotu kolem -200°C. V hloubce, kde je vysoká teplota, dojde k odpaření argonu a jeho postupnému zahřátí až na teplotu kolem 0°C. Volba těchto mezních teplot umožňuje efektivní výnos geotermálního tepla a jeho přeměnu na elektřinu ve speciálním druhu motoru. Kompletní princip je popsán v patentu, který jsme podali v květnu tohoto roku (2022).
Kdy se tato technologie dostane do praxe?
To záleží na celé řadě faktorů, ale zvláště na tom, zda se najde investor, který by financoval další výzkum. Optimistický scénář předpokládá spuštění prvního kryogenního motoru, který bude vyrábět elektřinu, během pěti let. Pokud nenastanou nějaké zásadní technologické komplikace mohla by být sériová výroba těchto motorů započata do deseti let.