「あなたの足元にはまだ開発されていない巨大な緑のエネルギー源が潜んでいます」
未開発の巨大な緑のエネルギー源があなたの足元に潜んでいます
地球上でバズ・スペアラーほど中心に近づいた人はほとんどいません。彼は長い石油・ガス業界でのキャリアを持つドリリングエンジニアです。地球の中心まで約1800マイルで、数十億年前の天体衝突によって燃え盛り、摩擦と放射能によって現在も燃え続けています。この熱が上昇し、上の岩石を粘性のある液体に変え、そのさらに先が地質学者がプラスチックと呼ぶゼラチン状の状態になります。岩石がなじみ、硬く、穴を掘ることができるのは地表から約100マイルの範囲だけです。
現在、スペアラーの装置は私たちから約8500フィートの深さにあります。つまり、その層の2％に達しています。この深さでは、熱は既に非常に高くなっており、1フィート、1インチでも手に入れるのは大変な戦いです。そこでは、ポンプで送り込んだ液体は、スペアラーの言葉を借りれば、トルコを揚げるくらいに熱くなります。「それがあなたに飛び散るのを想像してください」と彼は言います。その温度は華氏450度（摂氏228度）であり、彼の装置は問題を起こす可能性があります。電子機器が故障し、軸受が変形します。何十万ドルもの価値のある装置がボーホールに沈むこともあります。もし故障したら、ボーホールに詰まらないように気をつけてください。その場合は、おそらく数百万ドルかかったであろう穴を塞いで、損失を計上し、次に進むのが最善です。
しかし、そこでうまくいっているとしても、地表からではわかりにくいです。「それはもうイライラするほどだ」と、ユタ大学の地質学者であるジョセフ・ムーアは言います。彼はトレーラーの窓から160フィートの高さのリグのためらう動きを見ています。2022年の涼しい日です。ユタ州西部のビーバーという人里離れた郡で、ミネラル山からの風が谷底の豚農場と風力タービンに向かって吹いています。そのリグは、アメリカ西部に点在する石油・ガス設備と似ています。しかし、私たちの下の花崗岩には炭化水素はありません、ただ熱だけです。
2018年以来、ムーアは米国エネルギー省（DOE）の2200万ドルの賭け、FORGE（Frontier Observatory for Research in Geothermal Energy）を率いています。この賭けは、この熱が世界のほとんどの地域で電力を生み出すために利用できるというものです。地熱エネルギーは現在、地殻がわずかに亀裂し、熱が地下水と混ざり合い、温泉や間欠泉を生み出し、発電タービンを動かすことができる場所でしか利用されていません。しかし、このような水の熱い場所は珍しいです。アイスランドは、2つの発散する構造板の間に位置し、地熱発電による電力の約四分の一を生み出しています。ケニアでは、大地溝帯の火山活動がその割合を40％以上に押し上げています。アメリカではわずか0.4％で、ほぼすべてがカリフォルニアとネバダから供給されています。
しかし、深く掘ればどこにでも熱い岩があります。ムーアのプロジェクトでは、「強化型」地熱システム（EGS）を作り出すことを試みています。つまり、花崗岩のような熱くて密度の高い岩に到達し、それを亀裂させて貯水層を形成し、その後、水をポンプで送り込んで熱を吸収させます。その水は2番目の井戸から引き上げられ、以前よりも数百度高温で現れます。これにより、スチームタービンを駆動する人工的な温泉が生まれます。この設計はA地点からB地点への水の配管のように簡単に聞こえるかもしれませんが、半世紀にわたる研究にもかかわらず、工学と地質学の複雑さのため、誰もEGSを実用的なスケールで動かすことに成功していません。
地球の中心からのクリーンで信頼性の高い電力は、風力と太陽光発電からの断続的な電力に補完されることができます
ムーアはそれができることを証明しようとしています。そしてその過程で、彼は地熱について彼のように興奮した起業家や投資家を増やすことができるかもしれません。太陽光または風または地熱からの再生可能な電力生成は、一度電力が流れ始めると安定したが目立たないリターンを提供することが一般的です。それは前払い費用が安い場合には問題ありません。それは風力タービンや太陽光パネルが通常満たす要件です。地熱はリスキーな数百万ドルの掘削プロジェクトを開始する必要があります。クリーンで信頼性の高い地球の中心からの電力は、風力と太陽光発電の断続的な電力に補完することができますが、掘削に必要な専門知識と資金を持つ人々にとっては、より安全な地下の賭けがあります。地熱井戸は15年かかるかもしれませんが、天然ガスのリグは2年で元を取ります。
そのため、ノルウェーのエネルギーコンサルティング会社Rystad Energyによると、世界中には200万の稼働中の石油・ガス井戸がありますが、地熱の井戸はわずか15000基しかありません。ほとんどは地熱を利用したもので、天然の温水に頼っています。EGSはわずか数例です。東フランスにある3つの稼働施設は、比較的涼しい岩に掘り進んでいるため、ほとんど電力を生み出していません。そして、ユタ州やネバダ州の国境を越えたところには、ヒューストンのスタートアップ企業であるFervoが自分たちの2つの井戸を接続しようとしているような、より熱い実験もあります。このプロジェクトはGoogleのデータセンターにクリーンな電力を供給することを目指しています。
モーアは、FORGEがEGSを魅力的にすることができると信じています。それはより高温に行くことが可能であることを示すことができると彼は考えています。それぞれの追加の度数は、グリッドにより多くのエネルギーを供給し、より多くの利益を意味するはずです。しかし、ガスフラッカーであるスペイアーのように、通常は分割される涼しい柔らかいシェールではなく、熱くて硬い花崗岩を掘ることは容易ではありません。また、地熱発電所に大量の水を移動させるために必要な広い井戸を掘ることも容易ではありません。そのため、鶏卵の問題です。地熱産業は、石油やガスから適応されたツールや技術、そして一部のケースではまったく新しいものが必要ですが、EGSが機能するかどうかわからないため、まだ存在しません。そこでFORGEが登場し、ツールと方法のリスクを軽減する役割を果たしています。彼は「私がお金を使わない限り、誰もそのお金を使わない」と説明しています。
彼のチームは、ビーバー郡でパイプの一部をシールするためのブリッジプラグ（基本的にはキャップ）をテストしています。これにより、十分な圧力で周囲の岩石に水を強制的に送り込んで花崗岩を割ることができます。午前中遅く、数台の水タンカーがリグの隣に堂々と並んで駐車されています。昼食時には、ブリッジプラグが圧力を保持できるかどうかをテストし、夕食前には「銃」（小型の爆発装置）を使用してパイプに穴をあけます。そして、すべてがスムーズに進めば、岩を割るために水を押し込むでしょう。「もしすべてが順調に進むなら、真夜中のおやつの時間です」とモーアは言います。
言い換えれば、これはかなり標準的なフラックです。この技術により、過去15年間でアメリカに天然ガスの大量供給がもたらされました。しかし、地熱産業の未来はこの技術に依存するかもしれないにもかかわらず、地熱では「フラック」という言葉をあまり自由に使用しないでください。その敏感さは、化石燃料との関連性だけでなく、場所を間違えてフラックをすると、地球が損傷を受けるほど揺れる可能性があるためです。
チームは、近くの掘削孔に吊るされた8つの地震計で記録されたデータを注意深く監視しています。これまでのところ、明確なシグナルは、そこが非常に暑いことだけです。圧力試験の開始直前、フラックを共同管理する化学工学者のジョン・マクレナンがトレーラーに到着し、2つの地震計についての悪いニュースを伝えます。
「2つとも故障しました」と彼は言います。「温度に耐えられないのです。」
「私には年を取りすぎている」とモーアは答えます。
長い数日間でした。24時間稼働する予定ではありませんでしたが、ここにいるのは、強風と故障した装置による遅延のため、さらなる長い日々と夜が待っています。今、彼は地下で何が起こっているかを教えてくれる重要な情報源である2つの耳を失いました。
ユタFORGEサイトの高さ160フィートの掘削リグを作業員が監視しています。井戸から設備を引き上げるのに約6時間かかります。- グレゴリーバーバー提供
FORGEチームがフラックの準備をする一方で、モーアと私はミネラルマウンテンズに向かい、地熱エネルギーがこれまでにその潜在能力を発揮できなかった理由を見て回ります。私たちは、FORGEから数マイル離れた場所にあるブランデル地熱発電所の周辺フェンスで停止します。この発電所は、数百マイルにわたって西に広がるホットゾーンの東端に位置しています。この場所の魅力は明らかです。現地では、岩盤の亀裂から、ミネラルが結晶の小川に固まった場所が現れています。数百フィート先では、牛飼いや鉱山労働者がかつて温泉に入っていた19世紀の小屋の周りから硫黄の雲が立ち上がっています。
この発電所は、ポートランドに拠点を置く電力会社であるパシフィコープが所有しており、1970年代の石油危機の間に建設されました。しかし、タービンが1984年に回り始めた頃には、エネルギー価格が下落し、ブームは既に衰退していました。現在も稼働しているアメリカの発電所のほとんどは1980年代に遡るものであり、モーアのような地熱エネルギーの熱狂者にとっては痛ましい事実です。彼自身の業界での道は、彼が元々ニューヨーク市出身の彼の故郷ユタに連れて来たウラン鉱床の探査から始まりましたが、当時は衰退していた産業でした。
彼はブランデルが特に活用されていないと考えており、より多くのエネルギーを生み出すためにタービンをアップグレードし、パシフィコープがより多くの水熱井戸を掘ることができる場所を指摘しています。「それは単なるリスク回避です」と彼は言います。「地下が見えないので、掘ることに懐疑的です。」（パシフィコープはコメントの要請に応じませんでした。）
ごく一部の企業のみが新しい水熱発電場所の探索を行っています。その一つが、リノに拠点を置くオーマットテクノロジーズです。同社は世界中で20以上の地熱発電所を所有・運営しています。同社のビジネス開発担当副社長であるポール・トムセンは、オーマットが既存の発電所を購入し、タービンを更新して同じ温水からより多くの電力を引き出すことで事業を確立した経緯について話してくれました。最近では、掘削から発電所の運営までの経験を活かし、新しい発電所の建設にも着手しています。
しかし、明らかな水熱資源を利用する場合でも、勝ち組を選ぶのは難しいです。アメリカ西部の砂漠の町々では、地下水が枯渇する懸念から提案に反対する動きがありました。そして、生物学者が温泉を調査する場所では、保護すべきユニークな種が見つかりました。これに加えて、長期にわたる許可プロセスや新しい発電所を電力網に接続する際の課題などが重なると、選択肢は減少していきます。オーマットは、提案された2つの場所で最近挫折を経験しており、ネバダ州のバーニングマン近くの地下水と、絶滅危惧種である小さなディキシーバレートードに関して問題が発生しました。
ユタ州のブランデル地熱発電所近くの地面から硫黄の雲が立ち上がっています。地下の熱水のプルームは時間の経過とともに移動し、かつて堅く乾燥した土壌に生えていた木々を枯らしてしまいます。
Courtesy of Gregory Barber
天然の温泉の課題により、人工的な温泉の創造はますます魅力的になっています。2006年、米国エネルギー省（DOE）は、MITの研究者と共に、気候目標の達成に向けて地熱を米国の電力供給に大きく貢献させる計画を説明した報告書を発行しました。それにはEGSの柔軟性が中心にありました。岩が十分に熱くなる深さは場所によって異なりますが、例えばアメリカ西部では東海岸よりも浅い深さでも、ほとんどの場所で熱を掘削することが合理的だと科学者たちは推測しました。それは電力を生産するためだけでなく、低温の場合は建物を暖めるための温水を生み出すためでもあります。
2014年、DOEは石油やガスからのツールの再利用を試みるための実験場所を探し始め、4年後にビーバー郡を実験の拠点に選びました。その直後、同機関は2050年までに地熱が米国の電力需要の8.5％を満たせると計算しました。今日から26倍の増加です。唯一不足していたのは、EGSが機能することの証明でした。
フォージ井戸は約6,000フィート（1.8キロメートル）の深さまで直線的に降り、そのほとんどの部分で花崗岩に到達し、そこから65度の曲がり角を作って更に約5,000フィート（1.5キロメートル）進みます。モーアの情熱の一つは、花崗岩の内部の「応力場」で、圧力下でどのように割れるかを決定することです。
その応力場を理解することは不可欠です。効率的な発電所では、井戸間で水が効率的に移動するために割れが十分に広がる必要がありますが、テレサ・ジョーダンというニューヨークのコーネル大学の地熱学者は、彼女がキャンパスの建物を地熱水で暖めるためのEGSプロジェクトを率いているところで、割れが速すぎないようにと言います。「熱を加える岩石と十分な時間を過ごすことが望ましいです」と彼女は言います。割れはまた、可能な限り多くの水を第二の井戸に供給し、途中の隠れた割れ目にではなく、一貫して熱を保つ必要があります。熱い岩は、コアの熱が補充されるよりも冷たい水が熱を吸収すると冷める可能性があります。水が消え、熱が減少することは、過去のEGSの失敗にも影響を与えており、1980年代のニューメキシコや2015年のオーストラリア南部でも同様です。
これらのリスクが他の人々を異なるアプローチを探す方向に導き、それぞれに独自のトレードオフがあります。1つは「クローズドループ」システムで、密閉されたパイプを地熱岩に沿って地下に伸ばし、表面に戻すことで、地下への水の流出を防ぎます。しかし、岩に直接触れない液体に十分な熱を入れるのは難しいと証明されています。また、本当に深い場所、例えば12マイル（約19キロメートル）の深さまで掘削することも考えられます。この深さでは、温度が1,650°F（900℃）を超えるため、熱は1本の井戸を通じて直接表面に上がることができます。しかし、このような深さでの掘削に必要な道具はまだ実験的な段階です。他の人々は、既存の石油・ガス井戸が解決策だと考えており、掘削コストを節約し、自らの井戸に対してこの産業の豊富なツールを活用することができます。ただし、化石燃料の抽出に使用されるよりも狭い井戸は、発電所に必要な膨大な水量を供給するために作られていません。
EGSの支持者は、FORGEのような設計が正しいバランスを取っており、従来の地熱よりも十分な熱と柔軟性を追加している一方で、石油やガスの方法を活用できると主張しています。最新のEGS実験は、水平掘削の進歩やより良いフラッキングモデルによって可能になっています。FervoのCEOであり、ネバダで自社のEGSプロジェクトを開発しているティム・ラティマーは、エネルギー投資家が地熱掘削コストを見積もるために使用する予測は15年前のものであると述べ、新しいダイヤモンドチップの掘削ビットを使用することで掘削時間を半分に短縮し、総コストを20％削減できることを示しています。
人工的な地下貯水層を作るためには、水を注入するための一方の井戸と熱い水を取り出すためのもう一方の井戸をつなぐために、フラッキングを使用して亀裂を作る必要があります。
Utah FORGE提供
午後3時頃、ブランデル発電所周辺を散歩した後、ムーアは掘削現場に戻り、マクレナンがジョギングで彼を迎えに来るのを見ます。彼から良いニュースがあります。まず、プラグが圧力下で保持されていることです。ムーアは大きく息をつき、腰に手を置いて言います。「それでよかった」と。その後、銃が発射され、水が送り込まれると、残りの地震計で感知される微小な地震の「地震クラウド」が、熱と深さが浅いところに吊るされた地震計によると、井戸から約400フィートの範囲に亀裂が広がっていることを示しています。これは、新たに加熱された水を地上に引き上げる将来の2番目の井戸と接続するための適切な距離です。3つ目の良いニュースは、地震クラウドが地表で感じられなかったことです。
これは特に、ジオエネルギー・スイスのCEOであるピーター・マイヤーにとっては朗報です。彼は、地熱エネルギーのコンソーシアムであるジオエネルギー・スイスのCEOです。彼は、地震計を聞くためにスイスからユタに来ました。2006年、スイスのEGSプロジェクトのエンジニアたちは、あまりにも大きな水貯留池を作ろうとして、未知の断層を妨害して近くの家屋に被害をもたらす3.1マグニチュードの地震が発生しました。（地震学者は地震での役割について過失致死罪で起訴されましたが、後に無罪となりました。）スイスの地方自治体はそれ以来、EGSの運用に対して慎重でした。
2017年、韓国でのEGSプロジェクトによって引き起こされたさらに大きな地震は、この概念の将来性をさらに低下させました。しかし、マイヤーは、これらの地震はエンジニアの計画不足によるものだと考えています。岩石のより注意深い研究によって回避可能であると。彼はFORGEを、EGSの評判を安全に機能することで救う機会と見ています。「成功事例があるまでは、それはフラッキングについての議論です。基本的にはフラッキングです」と彼は言います。
FORGEのサイトはミネラルマウンテンの東に位置し、その麓には従来の地熱発電所が利用している温泉があります。
写真：エリック・ラーソン/フラッシュポイントSLC
今年の春、ムーアはビーバー郡に戻り、2番目の井戸を掘削しました。初期のフラックのデータをほぼ1年間見直した後、ムーアは、フラックの亀裂から直接掘削された生産井戸が水を取り出すことに成功すると確信していました。今月初め、彼の予想は的中しました。約76,000ガロンが約210ガロン/分の速度で最初の穴に注入され、より熱い状態で他の端から戻ってきました。2024年の本格的なテストでは、商業用EGS発電所に必要な流量に近づける予定であり、1分間に1,000ガロン以上の循環が行われるはずです。
ムーアの自信の一部は、彼が簡単なモードでプレイしていることを知っていたからです。設計上、2つの井戸は発電所に十分な熱を取り出すには近すぎます。この段階では、主に道具や技術を資金提供し、テストすることが目的でした。テストの前に、ムーアは、生産井戸を作成するために利用できる新しいガジェットについて私に語ることを楽しみにしていました。それには、小さな高速金属ボールを撃ち出して岩を削る粒子ドリリング、地表から操縦できる回転ドリリングシステム、耐熱性の高い改良された地震計などが含まれていました。
結局、この3つはムーアの期待に反してあまり役に立たなかったと言います。粒子ドリリングと操縦可能なシステムは、以前のダイヤモンドチップビットの成功と比較して、トラブルの種であることが判明しました。改良された地震計は、摂氏150度（華氏300度）以上ではまだ故障するとムーアは言います。彼は最終的に耐熱性のあるファイバーオプティックベースのデバイスに切り替える予定だと述べています。しかし、それが「リスク軽減」の目的だと彼は言います。時には、何が壊れるかを見ることが役立つこともあるからです。
希望を感じる理由は他にもあります。FORGEの接続の数日後、Fervoはネバダでの自社の30日間の接続テストの結果を発表しました。結果として、これは「これまでに完了した最も生産的な強化地熱プロジェクト」となり、約3.5メガワットの電力を生成するための十分な熱水を生み出しました。ボアホールは、さらなる容量を持つ既存の温泉発電所の近くに掘削され、夏の終わりまでに電力を生み出す予定です。
「それが機能することを示しました。」とラティマーは言います。「今の問題は、どれくらい速くコストを下げることができるかです。」それには、もっと熱くなることも含まれます。Fervoのネバダの井戸は華氏370度（摂氏190度）まで上昇しました。彼は指摘します。これは米国の他のどの水平の石油・ガス井戸よりも高い温度であり、自社のツールが次回はもう少し熱くなれることを証明するのに十分な温度です。彼はまた、掘削について重要な質問もあると付け加えます。井戸間の最適な距離、角度、深さなどです。「ソフトウェアのように素早く反復できるわけではありません」と彼は言います。業界はより多くの実験、より多くのプロジェクトが必要です。最も生産的な組み合わせを見つけるためには、それぞれが高価で困難になるでしょう。
反復する機会はおそらく増えています。米国のインフレ削減法は緑のエネルギーインフラに資金を投入し、風力や太陽光エネルギーに利用可能な既存のインセンティブに近づけることで、地熱開発にもインセンティブを与えました。一方、DOEは2050年までの地熱発電目標を50％増やし、90MWに設定しました。これは、EGS技術の改善された見通しなどを部分的に基にしています。さらに、2月にはEGSパイロットデモンストレーションに追加で7400万ドルを投資すると発表しました。しかし、それらのいずれもまだFORGEほど熱くなることはないとムーア氏は予想しています。「ツールが機能する温度を見ていると思います」と彼は言います。しかし、これはスタートです。
ジョーダン氏のコーネルのプロジェクトのように、その温かさを直接暖房に利用しようとする人もいるかもしれません。他の人は、熱がよりアクセスしやすい既存の水熱エリアの端で掘削するかもしれません。また、収益を最大化するための他の創造的なアプローチもあります。Fervoや他の企業は、井戸をバッテリーとして使用することを提案しています。つまり、グリッドに余剰エネルギーがあるときに水を押し下げ、その後、需要が少ない時間帯に熱い水を戻して電力を生成する、またはデータセンターや将来の二酸化炭素除去プラントなどの電力需要が大きい施設の隣に発電所を建設することで、過負荷の電力グリッドへの接続の課題を回避します。
それ以降のスケーリングには、さらなる投資が必要です。そして、投資家、特に石油・ガス業界がバトンを受け取るかどうかはまだわかりません。今年、Fervoはフラッキングのパイオニアである石油・ガス会社Devon Energyから1000万ドルの投資を受けました。先月、クローズドループ地熱のスタートアップEavorは、BP Venturesが最新の資金調達ラウンドを主導したと発表しました。「ゼロから何かになりました」と、エネルギーコンサルタントのRystadで地熱業界を追跡するヘニング・ビョルヴィク氏は述べています。しかし、石油・ガスは、装置、専門知識、土地といった面でも地熱にとって友人であるだけでなく、競合相手でもあります。そして、化石燃料価格が急騰すると、クリーンエネルギーへのコミットメントは不安定になることがあります。ビョルヴィク氏が言うには、投資家が見たいのは、この胎児のような産業が数百または数千の発電所にスケールアップできることであり、それぞれのプロジェクトのリスクを上回る十分な利益の可能性です。
そのためには、ムーア氏は、どれだけ少しだけ温度を上げることができるかを示し続けることだと信じています。第2のFORGEボーリングの研究は、2025年に現在のDOEの助成金を使い果たすでしょうが、彼はより離れた場所に井戸を掘るための新しい資金を申請しています。そしてもちろん、ますます高い温度で新しいツールをテストします。その頃には、新しい隣人がいるでしょう。Fervoの次のプロジェクトのためのリグは、既存のFORGE井戸パッドからすでに見えます。それは計画されているフルスケールの発電所のスタートです。
計画通りに進めば、ラティマー氏によれば、それは400メガワットのエネルギーを生み出し、30万軒の家を供給するのに十分な量です。彼は言います。FORGEとブランデルの影に掘ることは論理的だったと彼は言います。その場所は徹底的に調査され、カリフォルニアへの最初の顧客への電力の供給に必要なグリッド接続があります。目標はどこでも地熱エネルギーです。今のところ、ここから始めることは理にかなっています。
