Гидротермальные глубоководные источники вытеснят ядерные электростанции

Так считает инженер Брюс Маршалл из Калифорнии. Предприимчивый американец запатентовал систему,  способную убить одним махом сразу трех зайцев: генерация электричества, добыча полезных ископаемых и опреснение соленой океанской воды. Все три процесса в одном флаконе и без каких-либо внешних энергозатрат. Такие чудеса обещает нам «Система гидротермальной утилизации Маршалла».  Рассмотрим подробней, что за систему имени себя предлагает инвесторам инженер.

Остановимся на самой основе перспективного метода – гидротермальных источниках. Такой источник представляет из себя разлом в земной коре, где близко к поверхности протекают лавовые потоки. Вода, находящаяся в толще пород рядом с такими разломами, нагревается и, расширяясь, выталкивается наружу под большим напором…горячая вода. Учитывая близость земной мантии, высокое давление и температуру, такая вода содержит в растворенном виде огромное количество самых разнообразных химических элементов. Если при этом такую воду можно пить, мы называем ее минеральной. Самый яркий пример таких горячих источников – американский Парк Еллоустоун, облюбованный сценаристами фильмов-катастроф за близость к этой самой земной мантии.

Однако, на поверхности такие источники распространены не настолько, чтобы строить на их основе электростанции, способные конкурировать с ядерными электростанциями…да и масштабы у них не подходят для промышленного освоения полезных ископаемых или извлечения нужных элементов из воды…не говоря про ее опреснение. Картина радикально меняется, если спуститься под воду. На океанском дне таких источников больше в разы, что обусловлено тем, что возникают они на стыке тектонических плит земной коры и в местах вулканической активности. Если мы вспомним, что 70% поверхности нашей планеты покрыто водой в виде мирового океана, то это не удивительно. Если предположить, что нам доступно лишь 30% от общей поверхности Земли со всеми ее полезными ископаемыми, то остальные 70% поверхности будут содержать всего того, что мы имеем на поверхности в 2 раза больше…в том числе – больше площади стыков плит, больше вулканически активных точек и тому подобное.

На сегодня достоверно такие источники обнаружены на глубине от нескольких сотен метров до 5 километров и в настоящее время активно изучаются. С энергетической точки зрения наиболее интересны так называемые «курильщики». Условно их делят на «черные» и «белые». Курильщиками эти образования названы за счет длинных цилиндрических структур, напоминающих сигары или дымоходы, образующиеся в местах контакта разогретой до нескольких сот градусов воды (с растворенными в ней минералами, преимущественно – сульфидами) с холодной водой океанского дна. В местах такого контакта растворенные минералы выпадают в осадок и формируют эти самые цилиндрические структуры.

Учитывая, что процесс идет непрерывно, из таких труб продолжает выходить горячая вода с растворенными минералами, что со стороны похоже на дым. Цвет ее зависит от растворенных  в ней веществ, и, в результате, поток приобретает либо темный (черный курильщик) либо светлый (белый курильщик) цвет. Температура потока воды в черных курильщиках считается чуть выше, чем в белых – до 400 градусов Цельсия против до 350 у «белых». Трубы со временем обрушиваются, формируя россыпи руды, богатой практически всеми известными химическими элементами. Многие считают, что добыча руды, образованной от таких обрушившихся труб – сырьевое будущее человечества. 

С энергетической точки зрения процесс такого «курения» представляет из себя «мощный» механизм в прямом смысле слова «мощный». Подсчитано, что в одном таком «черном курильщике» вода, разогретая до температуры в 350 С, вытекая из трубы диаметром 3 м., на глубине в 2,3 км. со скоростью 3 м.сек. под давлением более, чем в 200 атмосфер, образует поток в 21 205,73 литра в секунду. Энергетические затраты для формирования такого потока и  его нагрева до заданной температуры составляют 29 298,77 МВт чистой энергии. Самая большая атомная электростанция США, Palo Verde Nuclear Generating Station, вырабатывает «всего» 4 000 МВт. Правда, компьютерное моделирование показывает, что после вычета затрат на преобразование в электричество, энергетическая плотность такого потока составит 1 МВт на 10 кв.см. площади выходящей горячей воды.

Сам процесс генерации электричества не блещет оригинальностью. Предлагается закольцевать трубу такого «курильщика» внешней трубой, по которой горячая вода будет подниматься на поверхность, к специальной перерабатывающей платформе. Труба должна быть выполнена из материалов, устойчивых к воздействию кислот и щелочей (будет зависеть от состава воды), иметь мощную теплоизоляцию, чтобы доставляемая на поверхность вода сильно не охлаждалась, а так же выдерживать высокое давление глубины источника и давление собственного веса. Как видим, требований к такой трубе много, но, по словам автора, все технологии для ее изготовления уже имеются.

Дальше все просто – поднятая горячая вода направляется в теплообменник, где нагревает рабочую жидкость, обеспечивающую вращение приводов традиционных электрогенераторов, расположенных на судне-генераторе, либо на плавучей платформе — электростанции, вроде тех, что применяются для глубоководного бурения. Кстати, да – платформы для бурения и выкачивания нефти на большой глубине (вроде печально прославившейся Deepwater Horizon) вовсе не стационарны…вы же не думаете, что длинные сваи-опоры уходят под воду на километры? На самом деле они углублены «всего» на несколько десятков метров, чтобы обеспечить устойчивость конструкции во время шторма и не только. За нахождение на одном месте отвечает сложная система навигации и балластов. Так и здесь – плавучая платформа, либо судно-генератор вырабатывает электричество, которое передается на сушу потребителям…не наливать же его в танкеры.

И с этой передачей возникает очередная проблема – кроме толстых проводов иных способов передачи электроэнергии от электростанции потребителям у человечества пока нет. Ближайшая пригодная для использования в таком роде россыпь «курильщиков» Juan de Fuca Ridge находится в 320 км. от побережья, что является рекордом длинны прокладки подводных силовых кабелей. Если кабель не порвется под собственным весом еще при его прокладке (придется класть частями), то сможет передать всего 750 МВт. Чтобы достичь среднего для атомных электростанций показателя в 2 200 МВт, потребуется 3 таких кабеля, стоимостью в $800 млн. каждый. Добавим к этому стоимость плавучей платформы без трубы и оборудования примерно в $1 млрд. и еще $1 млрд. стоимость генераторов и вспомогательного оборудования. На выходе получаем почти $4,5 млрд., что конечно же меньше стоимости строительства ядерной электростанции в США аналогичной мощности в $6,2 млрд. При этом нет затрат на топливо для самой электростанции.

Дальнейшей окупаемости должна поспособствовать возможность дополнительно перерабатывать охлажденную воду в минералы. Концентрация растворенных в ней веществ действительно высока и, в дальнейшем, какую-то ее часть можно испарять, преобразуя оставшуюся соль в нужные минералы, а сам пар конденсируя в пресную воду. Технологически температура воды в 350С это позволяет. Пресную воду, как и минералы, можно грузить в танкеры и отправлять на сушу.

Однако, если вспомнить, что кабель на такой глубине и такой длинны никогда не прокладывали, а подходящую трубу еще только проектируют, ждать подобную штуку придется долго. Добавим сюда протесты зеленых, защищающих право глубоководных бактерий – экстремофилов, живущих вокруг таких «курильщиков» на неприкосновенность личной жизни, всю эту истерию с защитой окружающей среды вообще и мирового океана в частности, лобби более традиционных энергогенерирующих компаний…И помечтаем об очередном возобновляемом источнике энергии,  который вроде как вот он есть, технологически доступен, но — не судьба.