Geothermie neue Bohrtechnologie in Sicht?

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Geothermie & Gyrotron bohren: Eine der größten Kostenfaktoren bei der Erschließung von geothermischen Energiequellen sind derzeit die Bohrkosten. Die Bohrkosten machen in der Regel die Hälfte der Erschließungskosten aus. Derzeit arbeiteten Wissenschaftler des MIT an einem neuen Ansatz, um das konventionelle Bohren abzulösen. Grundidee ist es, einen Laser zu verwenden, der das Gesteinsmaterial verdampft. Schon in einer der ersten Folgen des „Raumschiffs Enterprise“ verwendeten die Mienenarbeiter diese Technologie, um an die gewünschten Rohstoffe zu kommen. Auf der Erde des 21. Jahrhunderts arbeiten Wissenschaftler seit 50 Jahren daran einen funktionieren Laserbohrer zu entwickeln. Bisher waren die Ergebnisse eher dürftig, die maximale Bohrtiefe betrug rund einen Meter.



gyrotron schnittbild

 

Paul P. Woskov, Senior Research Engineer am MIT Plasma Science and Fusion Center (PSFC) und seine Kollegen arbeiteten in den vergangenen Jahren an einem Konzept, dass den Einsatz eines sogenannten Gyromonotron (Gyrotron) vorsieht. Gyrotrons gehören zu der Gruppe der Zyklotron-Resonanz-Maser. Ein Gyrotron ist ein Mikrowellen-Oszillator, der heute beispielsweise schon in der Fusionsforschung zum Aufheizen des Plasmas benutzet wird. In einem Gyrotron wir zunächst ein Elektronenstrahl mit relativistischer Geschwindigkeit erzeugt, dieser durchläuft ein Magnetfeld, was die einzelnen Elektronen auf eine Schraubenbahn zwingt. In einem Hohlraumresonator mit axialen Magnetfeld wird der Elektronenstrahl in Richtung Anode durch eine ansteigende magnetische Flussdichte komprimiert. Durch die Zyklotronresonanz kommt es innerhalb des Elektronenstrahls zu einer Phasensynchronisation der einzelnen Elektronen. Die sich im Resonator ausbreitende elektromagnetische Welle wird durch die Bauform des Resonators (zylinderartig) nach außen außen reflektiert. Durch das Aufweiten des Resonators nach oben wird eine Auskoppelung erreicht. Eine Hohlleiterantenne trennt im Anschluss den Elektronenstrahl räumlich von der elektromagnetischen Welle.

gyrotron auslassoeffnung

Mittels quasioptische Reflektoren wird die Welle nun zu einer Gaußschen Freiraummode fokussiert und umgelenkt. Der Mikrowellenstrahl verlässt das die Apparatur durch ein Ausgangsfenster. Diese Hochfrequenzstrahlen sind enorm energiereich und können zu verschiedensten Zwecken eingesetzt werden.

Der Einsatz von Gyrotrons als Bohrer ist aus dieser Sicht also gar nicht so abwegig, zumal diese Geräte einen Wirkungsgrad von 50-60 Prozent und eine Leistung von 1-2 Megawatt besitzen. Diese Technologie würde sich jetzt schon für „mobile Geräte“ eignen. Die Vorteile dieser Bohrtechnologie sind unteranderen, der Wegfall mechanischer Verschleißteile, thermische Faktoren die in zunehmender Tiefe auftreten wären vernachlässigbar, die Bohrgeschwindigkeit könnte enorm gesteigert werden, die Kosten der Bohrung ließen sich reduzieren und es wären extrem tiefe Bohrungen möglich.

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Der Geothermie wäre in diesem Zusammenhang ein weites Spektrum an Einsatzmöglichkeiten eröffnet und den Stromerzeugern eine kontinuierliche Energiequelle zugänglich. Die Ergebnisse der ersten theoretischen Analysen waren zumindest so überzeugend, dass Paul P. Woskov ein Forschungsstipendium erhielt und seine Arbeit nun direkt vom US-Department of Energie gefördert wird.

Mittwoch, 24 Oktober 2012 21:46
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