Pod zemí je zdroj energie pro 140 světů. Lidstvo už se po něm natahuje

Analýzu si také můžete poslechnout v audioverzi.

Je možné, že významný zdroj čisté a stabilní energie máme přímo pod nohama?

V poslední době přibývá silných signálů, že ano.

Svět – zejména USA – udělal velký pokrok v pozapomenuté oblasti energetických zdrojů, která může přinést bez nadsázky revoluci. Vznikají první větší elektrárny čerpající energii ze zdroje, jehož celkový potenciál Mezinárodní agentura pro energii (IEA) odhaduje na 140násobek globální poptávky elektřiny. Není jím přitom nic jiného než teplo pocházející ze zemského jádra.

V současnosti už v podstatě není pochyb, že na něj můžeme dosáhnout. Nejisté zůstává, jestli se to finančně vyplatí i ve velkém měřítku. Poslední pokroky tomu ale nasvědčují.

Geotermální elektrárny v globálním pohledu vlastně dlouho byly a dosud stále ještě jsou kapkou v moři ostatních, důležitějších zdrojů. Přestože v některých jednotlivých zemích mohou být významné, k celosvětové produkci jejich celková kapacita přispívá asi polovinou procenta.

Výše zmiňovaný odhad IEA se nicméně netýká klasických geotermálních elektráren, ale jejich „next gen“ verzí.

Geotermálních elektráren nové generace existují různé druhy, ale všechny spojuje především to, že mohou po teplu z hlubin sáhnout i v místech, kde k tomu designy konvenčních geotermálních zařízení nestačí.

Ta totiž většinou fungují díky získávání tepla z horké vody, která se blízko k zemskému povrchu dostala přírodní cestou. Takový způsob je velmi efektivní a lidé ho k pohonu turbín vyrábějících elektřinu využívají už víc než sto let. Problém je ale v tom, že míst vhodných pro stavbu konvenčních geotermálních zařízení je málo, což je i důvod, proč se dlouho předpokládalo, že geotermální zdroje zůstanou v celosvětovém měřítku okrajové.

Geotermální elektrárny nové generace ale jdou teplu naproti prostřednictvím hlubokých vrtů, což dramaticky rozšiřuje jejich možné pole působnosti. Obecně se uvádí, že teplota půdy roste asi o 20 až 30 °C s každým kilometrem do hloubky. Pokud tedy člověk udělá několik kilometrů hlubokou díru, dostane se do míst, kde jsou teploty dalece přesahující 100 °C.

Neznamená to, že sáhnout po tomto teple je možné úplně kdekoliv. Pořád ale platí, že o vhodná místa není na rozdíl od konvenčních geotermálních elektráren nouze a potenciál geotermálních elektráren se díky tomu podle IEA „stává opravdu globálním“.

Cesta k tomuto teplu nicméně rozhodně není jednoduchá.

Výzvu představuje už samotné vytvoření dostatečně hlubokého vrtu, což ale není zdaleka všechno. U nejjednoduššího typu nových geotermálních elektráren označovaného zkratkou EGS se teplo z hlubin získává tak, že se do jednoho vrtu napustí studená voda, která se v uměle vytvořených prasklinách hluboko pod povrchem země ohřeje a vztlakem se dostane „sama“ vzhůru na povrch druhým vrtem vyhloubeným opodál. Seznam věcí, které se v průběhu tohoto procesu mohou pokazit, je ovšem dlouhý a lidstvo a vědci se o tom už dosyta přesvědčili.

Ve skutečnosti se totiž inženýři technické výzvy snaží překonat už od 70. let minulého století. Dlouhé dekády přitom obor zažíval jedno selhání za druhým. Na přelomu 70. a 80. let zklamal americký pokus, při kterém voda nikdy nevyšla na povrch zřejmě proto, že unikla některou z vědci neobjevených puklin v hornině. Později selhaly i francouzské a japonské pokusy.

V roce 2008 byla spuštěna EGS elektrárna ve Francii a od roku 2012 funguje i jedna v Německu. Ukázalo se tedy, že koncept fungovat může, ale elektrárny byly pořád příliš malé na to, aby přesvědčily svět a investory, že technologie dává smysl ve větším měřítku. Vedle nich se navíc i nadále objevovala další selhání.

Například ještě v roce 2016 zkrachoval australský projekt, který zabral pět let práce a stál 144 milionů dolarů. Ani tam se voda nedostala na povrch.

Na některých místech navíc neúspěchy EGS projektů neskončily jen u promarněných investic a práce. V roce 2006 ve Švýcarsku došlo v důsledku jednoho z nich k menšímu zemětřesení. O 11 let později dokonce zemětřesení vyvolané pravděpodobně EGS projektem v Jižní Koreji dosáhlo 5,5 stupně, zabilo jednoho člověka a způsobilo škody v hodnotě 75 milionů dolarů.

Zásadní změnu přinesly až poslední roky. Hlavní roli v ní hraje pokrok ve Spojených státech.

Druhou šanci této technologii se američtí inženýři rozhodli dát po roce 2010, kdy vláda v USA začala vypisovat nové granty a poskytovat půdu pro testovací vrty. Oživení pokusu o zkrocení podzemní energie stálo na sílícím přesvědčení, že technologický pokrok, který nastartoval revoluci v těžbě plynu a ropy v USA po roce 2005, může přinést podobný zvrat i pro geotermální sektor.

Díky vládní podpoře vznikl mimo jiné výzkumný projekt FORGE, který od roku 2017 uprostřed pouště v Utahu pracuje na testovacích vrtech, jež mají posloužit jako definitivní potvrzení, že technologie může fungovat i s velkým objemem vody a díky efektivnějšímu vrtání může být i rentabilní.

„To, co teď děláme, ještě nikdo před námi nezkusil,“ řekl v roce 2022 vedoucí tohoto projektu geolog Joseph Moore v rozhovoru pro SZ. Narážel na to, že FORGE sice usiloval o stejný koncept jako předchozí menší nebo nepovedené pokusy, ale spoléhal na nové, efektivnější způsoby vrtání, zapouzdřování vrtů ocelovými plášti, novou metodu kontroly průtoku vody a další nové vychytávky, od nichž si sliboval průlom.

Přestože v době konání rozhovoru byl hotový teprve první vrt, do kterého se měla napouštět voda, už loni se povedlo vodu v rámci testovacího provozu dostat na povrch druhým vrtem s dostatečně vysokým průtokem, teplotou a návratností vody 70 procent.

Nejde přitom o jediný milník.

Vedle tohoto výzkumného projektu bez komerčních ambic se totiž v USA objevují i nadějné startupy. Největší z nich, firma Fervo, která čerpala právě i z poznatků inženýrů z FORGE, dokonce tento vládní výzkumný projekt v podstatě předběhla.

Už v roce 2023 Fervo provedlo 30denní test pilotního komerčního projektu RED v Nevadě a ještě týž rok se elektrárna s kapacitou 3,5 MW připojila k elektrické síti. Teď už má Fervo vyvrtáno i 20 z plánovaných 24 vrtů v dalším komplexu v Utahu, který se má stát největší geotermální elektrárnou na světě. Už příští rok má do sítě posílat 100 MW a do roku 2028 se má kapacita navýšit na 400 MW (pro srovnání – zmiňovaná francouzská a německá elektrárna mají kapacitu 1,7 a 4,8 MW).

To by ale měl být pořád teprve začátek.

Fervo letos získalo dalších více než 200 milionů dolarů investic, z čehož půlku přidal i Bill Gates, který kromě peněz v poslední době nejen Fervu, ale celému odvětví propůjčuje i nezanedbatelnou vlivovou podporu, když o něm mluví jako o možné součásti receptu na budoucnost americké energetické soběstačnosti.

Celkem už do firmy investoři poslali 700 milionů dolarů. Jde zatím o suverénně největší projekt, ale vznikají i další. Celkově podle analýzy amerického Centra pro strategická a mezinárodní studia (CSIS) investoři do geotermálních elektráren dali přes dvě miliardy dolarů od roku 2019, přičemž skoro polovina částky přibyla jen v loňském roce.

Dohody pro odběr elektřiny s projekty uzavírají i velké technologické firmy. Google podepsal spolupráci s Fervo a Meta letos uzavřela dohodu s již druhým geotermálním projektem s plánovanou kapacitou 150 MW (první se stejnou kapacitou podepsala loni). V tomto případě jde ještě o složitější verzi elektrárny (AGS), která má na rozdíl od zmiňovaných EGS systémů pracovat s uzavřeným okruhem kapaliny, takže by neměla spotřebovávat ani žádnou vodu.

Mezi povzbudivé signály pro rodící se sektor patří i nedávné schválení řady firem pro možné budoucí projekty pro americké ministerstvo obrany. Dostáváme se tím i k dalšímu důležitému bodu, kterým je naděje na vstřícný postoj americké vlády, která sice kvůli postoji Donalda Trumpa hází ostatním obnovitelným zdrojům klacky pod nohy, ale geotermální elektrárny vlastně dobře spadají do jeho „drill, baby, drill“ vize.

Spojené státy jsou tedy průkopníkem, který může technologii „ukázat“ světu. Kromě silného těžařského průmyslu a technického know-how získaného z frakování je to jistě dáno i vyhlídkou na rostoucí spotřebu elektřiny kvůli budování nových datacenter a omezené možnosti instalace nových zdrojů. Tento problém mají nicméně i další silné ekonomiky, a proto se dá počítat i s expanzí do světa.

IEA budoucí potenciál geotermálních elektráren nové generace odhaduje následovně:

Odhadovaných přes 800 GW by mělo podle IEA pokrývat asi osm procent celkové globální spotřeby v roce 2050 a dalších 80 GW IEA předpovídá pro konvenční geotermální elektrárny. Ještě na začátku minulé dekády přitom IEA odhadovala, že geotermální sektor pokryje v roce 2050 asi jen 3,5 procenta světové produkce.

V tuto chvíli to tedy podle IEA vypadá, že by se geotermální elektrárny měly dostat z pozice takřka bezvýznamného zdroje do role důležité součásti světového energetického mixu, jehož odhadovanou velikost oproti jiným zdrojům můžeme přirovnat k současné pozici jaderných zdrojů (ty loni pokrývaly devět procent globální produkce). Dodejme, že tato projekce se navíc nevěnuje potenciálu technologií pro vytápění, který může být také zásadní.

Samozřejmě jde jen o odhad, který se může a nemusí naplnit. Projekce ukazuje scénář při úspěšném snížení ceny projektů a investic ve výši 2,1 bilionu dolarů do roku 2050. Realita se nicméně může odchýlit oběma směry. Jinými slovy je možné, že sledujeme začátek ještě větší energetické revoluce, ale může to být i přesně naopak.

Nejbližší budoucnost geotermálních elektráren nové generace závisí hlavně na tom, jak se bude dařit snižovat náklady dalších projektů a jak se bude vyvíjet cena elektřiny. Pohled na současnou situaci v USA přitom nevypadá pro sektor vůbec špatně.

Fervo letos uvedlo, že momentálně stavba elektrárny stojí 6000 dolarů na jeden kilowatt. To je sice šestinásobek běžné ceny oproti stavbě plynových elektráren, ale situace se rychle mění. Kvůli zvyšující se poptávce po nových zdrojích, nedostatku turbín a dalším faktorům se cena stavby nové plynové elektrárny k letošnímu létu vyšplhala už na dva až 2,5 tisíce na kilowatt. U geotermálních elektráren se přitom čeká, že cena bude naopak dál klesat.

Analýza think-tanku Carnegie Endowment for International Peace (CEIP) uvádí, že dnešní cena jedné megawatthodiny z elektrárny EGS se odhaduje na 100 až 240 dolarů, což se blíží ceně za jadernou energii. Na konci dekády už by to ale mohlo být 80 dolarů a v roce 2035 jen 50 dolarů, což už by cenu dostalo na podobnou úroveň s tepelnými elektrárnami a „někam mezi“ pozemní a mořské větrné elektrárny.

Hlavní potenciál pro zefektivňování a zlevňování geotermálních zdrojů, soudě podle nedávného vývoje, představují pokroky v rychlosti vrtání. Konkrétně Fervo své starší vrty v Nevadě hloubilo 75 dní, zatímco momentálně v Utahu zvládá dělat vrty o 30 procent hlubší za méně než 20 dní, což mělo podle firmy snížit cenu za jeden vrt ze 13 milionů na čtyři.

Experti k tomu dodávají, že velkou roli bude hrát i postoj Washingtonu a jeho ochota uvolňovat pro projekty půdu a dotace, které sice vyčleňuje už teď, ale určitě má potenciál je navyšovat. „Jaderný startup TerraPower, který financuje Bill Gates, získal od ministerstva energetiky dvě miliardy dolarů. Fervo zatím z federálních fondů získalo 50 milionů,“ nastínil poměry v červnovém článku The Wall Street Journal.

Pokud by naopak americká vláda šla všemi prostředky proti, byl by to velký problém a k boomu by kvůli komplikacím s povoleními ani nemuselo dojít.

Když odhlédneme od USA a podíváme se na věc z globálního a dlouhodobějšího hlediska, narazíme na celou řadu neznámých, které mohou trend stočit jedním, či druhým směrem.

Aby se elektrárny vyplatily, musí fungovat dlouho (řekněme alespoň nižší dekády) a zatím není jisté, jestli se v průběhu tak dlouhého času něco nepokazí. Firmy tvrdí, že dopředu myslí na riziko vychladnutí hornin vlivem roky trvajícího pumpování studené vody a chtějí se mu vyhnout promyšlenou regulací toku – jistotu však budeme mít, až se to osvědčí v praxi.

Stejně tak se může kdykoliv ukázat, že ani riziko zemětřesení se nepodařilo snížit tak, jak firmy tvrdí, a jediná katastrofa může všechno pohřbít. Podobných potenciálních problémů je víc a mohou mezi nimi být i „černé labutě“, které nikdo dopředu neumí domyslet.

Na druhou stranu se ale nic špatného stát nemusí a všechno může jít naopak ještě lépe, než teď lze předpokládat.

Existují už i firmy, které využívají AI, s jejíž pomocí hledají v seizmologických datech výjimečně vhodná místa pro vrtání a slibují další výrazné úspory díky nalézání horkých hornin v podstatně nižších hloubkách.

Například firma Zanskar nedávno oznámila, že v Nevadě vyhloubila vrt, který po pouhých 762 metrech narazil na horninu s teplotou 137 °C, a hlásí, že její metoda dokáže najít víc takových míst. Obecně se přitom dosud mluvilo o potřebě vrtat alespoň tři kilometry hluboko.

Zhmotňují se také první pokusy o elektrárny označované zkratkou SHR, které by měly získávat energii naopak z extrémně hlubokých vrtů, v nichž panují tak vysoké teploty, že se v nich voda má měnit do superkritického stavu, což mění její vlastnosti a jeden vrt by díky tomu mohl získávat až desetkrát víc energie. Jeden takový projekt vzniká v Texasu a chce se dostat na rychlost vrtání do hloubky přes 9,5 kilometru za 100 dní. Pro srovnání – dosud nejhlubším vrtem světa je Kolský vrt o hloubce přes 12 kilometrů, který se v dnešní ruské Murmanské oblasti hloubil přes 20 let.

Překvapit nás tedy může velké selhání i rapidní pokrok. Jisté ale je, že geotermální elektrárny mají o hodně větší potenciál, než jsme si ještě nedávno mysleli, a že o nich určitě v příštích letech ještě hodně uslyšíme.