Volg Duurzaamnieuws op Google News | Discover | of als voorkeursbron op Google
Een onverwachte boring bij de IJslandse vulkaan Krafla leverde in 2009 de eerste geothermische put op die door magma werd verhit. De opbrengst was groot, maar het project strandde op een hardnekkig technisch probleem.
Een geothermische energiecentrale in Ijsland. Foto: iStock – Serge Yatunin
Wie in Nederland aan aardwarmte denkt, ziet vooral warm water uit diepe zandlagen voor zich. Bij de IJslandse vulkaan Krafla bleek in 2009 dat het veel extremer kan: een boor kwam op 2,1 kilometer diepte in contact met magma, terwijl de ingenieurs pas op 4 kilometer superkritisch water verwachtten. De stoom die daaruit vrijkwam, was 450 graden heet en stond onder een druk van 140 bar, genoeg voor theoretisch 36 megawatt elektriciteit. Zulke energie uit de aardkorst halen betekent ook werken met een agressief mengsel van hitte, gassen en zwavel dat installaties aantast.
De boor raakte vers vulkanisch glas
Op 2,1 kilometer diepte trof de boor vers vulkanisch glas. Dat wees op gesmolten magma van ongeveer 900°C. Voor een geothermisch project is dat normaal gesproken het moment om onmiddellijk te stoppen, want water dat ongecontroleerd bij magma komt, kan een freatische explosie veroorzaken.
De projectpartners deden iets ongebruikelijks. Ze brachten een geperforeerde stalen buis zo dicht mogelijk bij de hittebron aan, cementten die vast en lieten de installatie maandenlang gecontroleerd opwarmen. Pas daarna ging de put open. De meetgegevens van de IDDP-1-test maakten duidelijk hoe uitzonderlijk die proef was.
Goed om te weten
Een freatische explosie ontstaat wanneer water plotseling in stoom verandert door contact met extreem heet gesteente of magma. Die druk kan gesteente en stoom met geweld naar buiten persen.
Waarom superkritisch water zoveel verschil maakt
Een geothermische testlocatie waar stoom en hete gassen vrijkomen uit de grond, met een witte meetcontainer op de sneeuwbedekte ondergrond. Beeld: Innovando.News.
In een gewone geothermische put komt meestal een mengsel van water en stoom omhoog van rond 250°C. Dat mengsel moet eerst worden gescheiden voordat een turbine er elektriciteit van kan maken. Bij temperaturen boven 374°C verandert water in superkritische stoom, dat zich tegelijk deels als vloeistof en deels als gas gedraagt.
Daardoor zit er veel meer bruikbare warmte in elke kilo die omhoogkomt. De put bij Krafla had volgens de technische analyse een potentieel dat vijf tot tien keer hoger lag dan dat van een commerciële geothermische put. Minder boorgaten zouden dan dezelfde hoeveelheid stroom kunnen leveren.
- Een standaard geothermische bron levert vaak vloeistof van ongeveer 250°C.
- Water wordt superkritisch vanaf 374°C.
- De testput kon theoretisch vijf tot tien keer zoveel vermogen leveren als een gebruikelijke commerciële put.
De chemie won van het staal
De enorme hitte was maar een deel van het probleem. Met de stoom kwamen ook gassen, zwavel en silicastof mee naar boven. Vooral de stalen buiswand kreeg het zwaar te verduren, want het mengsel vrat het materiaal aan en liet afzettingen achter in de installatie.
In juli 2012 ging het alsnog mis toen meerdere kleppen aan de oppervlakte uitvielen. Operators moesten de put met koud water vullen om hem onder controle te krijgen. Dat redde de situatie, maar de snelle afkoeling liet de binnenste buis krimpen en scheuren.
Daarmee eindigde IDDP-1. De kapotte kleppen, aangetaste onderdelen en scheuren leverden de lessen op die nodig zijn voor een volgende poging, want corrosie, temperatuurspanningen en cement blijven de grote technische hobbels.
In 2027 willen onderzoekers bewust terug naar magma
Het Krafla Magma Testbed wil vanaf 2027 twee nieuwe boringen uitvoeren. Dit keer is een ontmoeting met magma het doel van het experiment. Het programma moet vooral uitzoeken hoe je zo’n extreme ondergrondse warmtebron veilig kunt meten en benutten.
KMT-1 moet sensoren rechtstreeks in een magmakamer brengen. Daarmee willen de onderzoekers temperatuur, druk en andere processen van binnenuit volgen, iets wat nog niet eerder op die manier is gedaan. Zo’n meetpunt kan ook beter zichtbaar maken wanneer water en magma gevaarlijk dicht bij elkaar komen.
KMT-2 blijft net boven het magma en test een productiesysteem dat langer heel moet blijven. De proef draait om materialen, buizen en afdichtingen die bestand zijn tegen de combinatie van hoge temperatuur, druk en corrosieve stoffen. Pas als die onderdelen betrouwbaar werken, komt commerciële productie in beeld.
Een technologie voor vulkanische regio’s
Directe magma-geothermie is vooral interessant in gebieden waar vulkanische hitte dicht onder het oppervlak zit, zoals Italië, Japan, Indonesië en de westkust van de Verenigde Staten. Daar kan een succesvolle proef bij Krafla dienen als technisch voorbeeld. Zonder magma op bereikbare diepte valt er simpelweg niets te winnen.
Nederlandse aardwarmte richt zich op diepe lagen met warm water, bijvoorbeeld voor glastuinbouw en warmtenetten, niet op vulkanische hitte. Toch is de les ook hier bruikbaar, want hoe beter materialen en boortechnieken worden, hoe meer warmtebronnen veilig kunnen worden gebruikt.
De eerste stap volgt in 2027, wanneer KMT-1 de sensoren in de magmakamer probeert te plaatsen en KMT-2 de levensduur van een nieuwe productieput gaat testen.
