Когда тепло встречается с металлом: почему отрасль горнодобычи и геотермальная энергетика должны заключить новый союз

В статье изложены соображения генерального директора Международной ассоциации геотермальной энергетики доктора наук Марит Броммер (Marit Brommer) и глобального менеджера той же ассоциации по исследованиям и разработкам доктора наук Хелен Робинсон (Helen Robinson)  

Глобальная горнодобывающая промышленность потребляет около 11 % всей электроэнергии планеты — ошеломляющая цифра, которая подчеркивает важнейшую роль этого сектора в переходе к энергетике, не загрязняющей окружающую среду. Поскольку мировой спрос на металлы для аккумуляторов, ветровых турбин и электромобилей растет, горнодобывающая промышленность ищет новые способы достичь большей экологической устойчивости. Встречайте геотермальную энергию: доступное решение, размещаемое на участке горных работ, покрывающее базисную нагрузку и обладающее потенциалом в реализации преобразований.

Но это больше, чем просто заимствование мощностей одним сектором промышленности у другого. Геотермальная энергетика и горнодобывающая отрасль — естественные союзники, которым свойственно глубокое взаимопроникновение технологий, общие цели по декарбонизации и даже размещение на одной территории. Более того, несмотря на ликвидацию рудника, уже после закрытия он способен предложить дальнейшую выработку геотермальной энергии за счет нагревания рудничной воды — перспективный подход к созданию экологически чистых тепловых сетей в окрестностях участка горных работ. Пришло время соединить эти точки и вместе начертить проект совместного будущего.

Марит Броммер, генеральный директор Международной ассоциации геотермальной энергетики, на Научно-практическом семинаре Новой Зеландии по вопросам геотермальной энергетики 2024 года в Окленде.

Материалы на похожие темы:
* Точность имеет значение: роль Таухары в преобразовании зеленой энергетики Новой Зеландии
* Нераскрытый геотермальный потенциал может повлиять на энергетический сектор Новой Зеландии
* Шансы геотермальной энергетики стать ключевым игроком в переходе к альтернативным источникам энергии

Африка: наследие прошлого и новые рубежи

На африканской земле союз этих двух отраслей существовал и раньше. Немногим известно, что первая на континенте геотермальная электростанция построена не в Великой рифтовой долине на территории Кении, а в богатой медью и оловом провинции Катанга, Демократическая Республика Конго. В 1952 году геотермальная электростанция бинарного цикла мощностью 250 кВт спроектирована на базе гидротермальной системы Киабуква в целях обеспечения энергией проекта по добыче олова — и это один из самых ранних примеров интеграции горнодобывающей отрасли и геотермальной энергетики в истории нашего мира. Инженеры использовали близлежащийгорячий источник с температурой воды 91 °C, вырабатывавший экологически чистую энергию задолго до того, как в Новой Зеландии заработала электростанция Уаиракеи.

Сегодня Африка заново открывает свой геотермальный потенциал, а горнодобывающие компании изучают источники тепла под ногами, чтобы обеспечить следующую волну добычи критически важных минералов:

— В ЮАР компания Gold Fields оценивает возможность использовать геотермальную энергию при разработке глубоких золотых рудников Витватерсранда, где температура горных пород достигает высоких значений, а потому компания несет значительные затраты на вентиляцию. Охлаждение и заморозка — критически важные для безопасности — могут осуществляться за счет геотермальных систем, извлекающих и повторно использующих тепло из недр Земли.

— В Эритрее австралийская горнодобывающая компания Danakali изучает возможность использовать геотермальное тепло на своем руднике Коллули для удовлетворения эксплуатационных потребностей этого отдаленного региона, не имеющего доступа к сетям электропередачи.

— В Намибии компания Lepedico, разрабатывающая месторождения лития, исследует потенциал геотермальной энергетики в снижении зависимости от ископаемого топлива.

— В Танзании в результате бурения скважин в бассейне Руква компанией Helium One обнаружены геотермальные рассолы, богатые гелием, что открывает новые горизонты добычи инертных газов и попутного производства тепла.

— В Кении геотермальная электростанция KenGen в настоящее время тестирует извлечение минералов из своих геотермальных рассолов — исследуя, как извлекать кремний, литий и другие критически важные элементы в рамках своей стратегии диверсификации.

Эти примеры показывают, что Африка — не просто пассивный получатель импортируемых энергетических моделей, а инкубатор инноваций на стыке геотермальной энергетики и добычи ресурсов, который может возглавить переход к новому глобальному мышлению.

Доктор наук Марит Броммер (Marit Brommer ) и директор подразделения Seequent по энергетике Джереми О’Брайен (Jeremy O’Brien) объявляют о стратегическом партнерстве с целью повышения роли геотермального тепла в качестве возобновляемого источника энергии.

Геотермальная энергетика: снабжая электричеством рудники завтрашнего дня

Общественность оказывает давление на горнодобывающие предприятия, зачастую находящиеся в отдаленных районах и требующие большого количества энергии, требуя, чтобы они сокращали выбросы. Геотермальная энергетика предлагает решение: надежная установка по выработке электроэнергии с низким уровнем выбросов, располагающаяся на участке горных работ. Ярким примером является золотоносный рудник Лихир в Папуа — Новой Гвинее, где в 2003 году начата выработка экологически чистой электроэнергии за счет геотермальных вод с температурой 240–300 °C. Сегодня этот показатель значительно вырос и обеспечивает около 75 % энергоснабжения рудника, что позволяет избежать многомиллионных затрат на топливо и существенно снизить воздействие на окружающую среду.

В Индонезии, Чили и на западе США все чаще обнаруживаются геотермальные резервуары, залегающие на одних участках с пластами, которые богаты минералами. Это не совпадения. Гидротермальные изменения — геологический процесс, в результате которого образуются месторождения меди, серебра и золота, — также создают высокотемпературную среду, которая делает возможной выработку геотермальной энергии. В местах, где вы видите горячие флюиды и зоны измененных пород, вы часто обнаруживаете как металлы, так и мегаватты.

Инструменты, данные и специалисты — используются совместно с самого начала

Горнодобывающая и геотермальная отрасли не только являются соседями по геологической среде, но и применяют общие методы в геологоразведке: картографирование поверхности, геофизические исследования, отбор геохимических проб и трехмерное моделирование. Такое взаимодействие снижает затраты, ускоряет процесс обнаружения ресурсов в недрах и позволяет создавать экосистемы обмена данными. Например, инициатива EarthMRI Геологической службы США создает наборы данных о недрах в национальном масштабе, которые могут использоваться как для разработки месторождений полезных ископаемых, так и для эксплуатации геотермальных источников.

Партнерские отношения между Seequent и Международной ассоциацией геотермальной энергетики (IGA) — пример ситуации, в которой результат достигается не за счет увеличения объема работы, а путем применения интеллектуальных технологий. Программное обеспечение Seequent для геологического моделирования изначально разрабатывалось с учетом особенностей горнодобывающей промышленности, но линейка ее программных продуктов для исследования недр может применяться в разных отраслях — в том числе помогая формировать будущее геотермальных проектов по всему миру. Нам не нужно выстраивать параллельные системы. Они должны быть совместными.

От действующих рудников до термальных вод в заброшенных горных выработках: революция в использовании рудничных вод

Производство геотермальной энергии не заканчивается с закрытием рудника. Затопленные подземные шахты когда-то считались пассивом, требующим высоких затрат, а теперь превращаются в подземные теплоаккумуляторы. Эта концепция, известная как геотермальная энергия рудничных вод, уже используется в отопительных системах по всей Европе:

• В городе Херлен (Нидерланды) заброшенная угольная шахта теперь обеспечивает геотермальное отопление и охлаждение более 350 зданий.
• В Великобритании Управление по восстановлению горнодобывающей промышленности поддерживает более 70 проектов по подогреву рудничной воды, рассматривая их как ключ к переходу страны на экологически чистую энергию.

Вот как это работает: температура в штольнях затопленных рудников обычно стабилизируется на значениях 12–25 °C. Пропуская эту воду через теплообменники и насосы, можно обеспечить централизованное теплоснабжение с низким уровнем выбросов углерода для домов, школ и предприятий, особенно в бывших угледобывающих регионах.

Такие проекты реализуются не только в Европе. Страны с большим количеством закрытых рудников — Канада, ЮАР, Китай, Австралия, США — могут использовать геотермальные рудничные воды в районах, где в прошлом добывались полезные ископаемые, чтобы вдохнуть новую жизнь в местные сообщества, повысить стоимость активов и уменьшить экологические риски. Проектирование повторного использования энергии в рамках мероприятий по ликвидации рудников должно стать нормой в горнодобывающих компаниях, чтобы проекты, которые начинались с добычи ресурсов, гарантированно заканчивались возобновлением генерации электроэнергии.

Расширение стратегических инвестиций в геотермальную энергетику и добыча редкоземельных металлов

Развитие геотермальной энергетики продолжается. Усовершенствованные геотермальные системы (УГС) — проектируемые резервуары в сухих горных породах с высокой температурой — позволяют геотермальной энергетике процветать даже за пределами традиционных гидротермальных зон. Это особенно перспективно для участков добычи, на которых уже имеются глубокие скважины или подходящие геологические структуры. В Неваде компания Fervo Energy использует системы УГС для подачи энергии к удаленным центрам обработки данных Google. Аналогичные схемы могут легко применяться горнодобывающими предприятиями, которые стремятся перейти на автономное электроснабжение.

Тем временем в рамках инициативы GEODE Министерства энергетики США изучается вопрос о том, как можно использовать геотермальные флюиды в качестве источников редкоземельных элементов и критически важных минералов, превращая геотермальные электростанции в объекты двойного назначения — по выработке энергии и добыче полезных ископаемых.

А крупные горнодобывающие компании вкладывают средства в подобные проекты. Freeport McMoRan сотрудничает с Министерством энергетики США в разработке геотермальных решений с целью декарбонизации производства меди, что свидетельствует о важной тенденции: стратегические игроки в горнодобывающей отрасли рассматривают геотермальную энергетику не как второстепенное направление, а как основной компонент преобразований в соответствии с принципами ОСОК (окружающая среда, общественная деятельность, управление).

Трудности, которые предстоит преодолеть

Разумеется, совсем без проблем не обходится. Для инфраструктуры проектов геотермальной энергетики требуются сталь и металлы с особыми свойствами — товары, тесно связанные с горнодобывающей промышленностью. Здесь имеет место некий порочный круг, который необходимо устранить, обеспечивая прозрачность и организуя устойчивые закупки. Более того, высокие затраты на геотермальную энергетику на начальном этапе — особенно связанные с буровыми работами — могут отпугнуть компании, не привычные к долгосрочным инвестициям в инфраструктуру. Это требует смешанных моделей финансирования, государственных гарантий и нормативно-правовой базы, допускающей совместную разработку месторождений и выдачу разрешений на совместные работы.

Работы, которые необходимо выполнить: межотраслевой призыв к действию

Чтобы по-настоящему извлечь выгоду из этого взаимодействия, нам потребуются:

• Комплексное лицензирование для участков, где геотермальные источники совпадают с пластами, содержащими ценные минералы
• Открытые платформы данных для изучения недр и определения особенностей залегания ресурсов
• Стратегии софинансирования совместных проектов по геотермальной энергетике и добыче ресурсов
• Предоставление льгот или иных форм стимулирования за планирование использования геотермальной энергии рудничных вод на этапах закрытия рудников и рекультивации земель

Совместные учебные программы и тренинги, формирующие компетенции на стыке двух отраслей

Предлагаем не оставлять это на волю случая. На мероприятии «Ресурсы завтрашнего дня» 2024 года Международная ассоциация геотермальной энергетики призвала оба сектора промышленности действовать сообща. Хотелось бы, чтобы горнодобывающая промышленность более не рассматривалась исключительно как отрасль по добыче минералов, а геотермальное тепло — только как возобновляемый источник энергии. В их союзе кроется потенциал для переосмысления того, как мы используем недра Земли: для получения тепла, металлов и для формирования устойчивого низкоуглеродного будущего.