MITの研究エンジニアは、ニューヨーク州北部にある廃止された石炭火力発電所について、役に立たないと大半の人が見なす一方で、環境に配慮した構想を抱いている。
彼はジャイロトロン技術で地球深部の地熱にアクセスし、発電所の運転を再開させようとしている。
このプロジェクトを事業化する企業は、再生が可能であれば、同じ手法が世界中のほぼすべての石炭火力発電所とガス火力発電所で機能すると考えている。
ニューヨーク州北部には、役に立たない遺物だと多くの人が見なす廃止された石炭火力発電所がある。しかし、MITのポール・ウォスコフ氏は違う見方をしている。
MITプラズマ科学・核融合センターの研究エンジニアであるウォスコフ氏によると、発電所のタービンはまだ intact で、送電線も系統につながったままだという。過去14年間取り組んできた手法を使い、10年以内に完全な炭素フリーで運転を再開させたいと考えている。
実際、ウォスコフ氏の研究を事業化するクエイズ・エナジーは、発電所1カ所を改修できれば、同じ手法が世界中のほぼすべての石炭火力発電所とガス火力発電所で機能すると考えている。
ジャイロトロン技術で地球深部の地熱にアクセスする
クエイズは、足元に眠るエネルギー源を活用することで、こうした大きな目標を実現しようとしている。同社は、世界最深の孔を作れるだけの岩石を蒸発させ、数百万年にわたる人類のエネルギー消費を賄える規模で地熱エネルギーを取り出す計画だ。関連する工学上の課題はまだすべて解決されていないが、クエイズの創業者らは、2026年までに試験井からエネルギーの採取を始めるという意欲的な日程を掲げている。
新しく実証されていない技術に基づく計画なら、非現実的だと退けるのも容易だろう。しかし、クエイズの掘削システムの中核をなすのは、ジャイロトロンと呼ばれるマイクロ波発生装置だ。これは研究や製造の現場で何十年も使われてきた。
「ビームを損失なく伝送し、高いエネルギー密度で放電せずに動作させるという当面の工学的課題を解決すれば、これはすぐに実現します」と、クエイズに正式所属してはいないものの、顧問を務めるウォスコフ氏は説明する。「基盤技術であるジャイロトロンは市販されているので、進展は速いでしょう。企業に注文すれば、今すぐシステムを納入してもらえます。もちろん、こうしたビーム源は24時間365日稼働した実績はありませんが、長期間運転できるよう設計されています。工学的課題を解決できれば、5、6年後には発電所が稼働していると思います。非常に楽観しています。」
ウォスコフ氏をはじめ多くの研究者は、核融合実験で物質を加熱するため、何十年もジャイロトロンを使ってきた。しかし、ジャイロトロンの新たな用途をウォスコフ氏が思いついたのは、2008年にMITエネルギー・イニシアチブ（MITEI）が公募を発表し、新しい地熱掘削技術の提案を募った後のことだった。
「ジャイロトロンは一般の科学界ではあまり知られていませんが、核融合研究に携わる私たちは、非常に強力なビーム源だと理解していました。レーザーのようなものですが、周波数帯が異なります」とウォスコフ氏は言う。「高出力ビームを核融合プラズマに向ける代わりに、岩盤の中へ照射して孔を蒸発させてはどうか、と考えました。」
ここ数十年、他の再生可能エネルギー源による発電は急増してきた一方、地熱エネルギーは伸び悩んでいる。主な理由は、地熱発電所が、地表から比較的浅い最大400フィートの深さでエネルギーを取り出せる自然条件の場所にしか存在しないことだ。一定の深さを超えると、地殻はより高温で硬くなり、機械式ドリルビットが摩耗するため、従来の掘削は現実的でなくなる。
ジャイロトロンのビームで岩石を蒸発させるというウォスコフ氏の着想は、今も続く研究の道へと彼を導いた。MITEIから一部資金援助を受けて試験を始めると、MITプラズマ科学・核融合センターの小型ジャイロトロンからミリ波を照射した小さな岩石標本が、彼のオフィスにすぐに並ぶようになった。
2018年頃、ウォスコフ氏の岩石標本が、当時MITの投資ファンド「ジ・エンジン」の技術ディレクターを務めていたカルロス・アラケ氏（2001年卒、修士課程2002年修了）の目に留まった。アラケ氏は石油・ガス業界でキャリアを積んできた。
同年、アラケ氏と、地熱企業アルタロック・エナジーに勤務していたマット・ハウデ氏がクエイズを創業した。間もなくクエイズは、より大型のジャイロトロンを使ってウォスコフ氏の実験を拡大するため、米国エネルギー省から助成金を受けた。
チームは大型装置を使い、ウォスコフ氏の研究室での実験の10倍の深さまで孔を蒸発させることを目指している。これは今年末までに達成される見込みだ。その後、チームはそのさらに10倍の深さまで孔を蒸発させる。ハウデ氏が「100対1の孔」と呼ぶものだ。
「エネルギー省が特に関心を寄せているのは、より長い距離にわたって物質を除去する際の課題に取り組みたいからです。つまり、岩石の蒸気を完全に排出できると示せるか、ということです」とハウデ氏は説明する。「100対1の試験によって、現場での初の実証に向け、試作ジャイロトロン掘削リグを現地へ搬入し、稼働させる自信も得られると考えています。」
100対1の孔の試験は、来年のいずれかの時期に完了する見込みだ。クエイズは来年後半に、現場試験で岩石の蒸発を始めることも目指している。この短い日程は、ウォスコフ氏がすでに研究室で達成した進展を反映している。
さらなる工学研究が必要だが、最終的には、こうした地熱井を安全に掘削し、運転できるようになるとチームは見込んでいる。「過去10年間のポールのMITでの研究により、物理学の根本的な疑問は、ほぼすべて、あるいはすべて解明され、対処済みだと考えています」とハウデ氏は言う。「解決すべきなのは、まさに工学上の課題です。簡単に解決できるという意味ではありませんが、答えのない物理法則に逆らっているわけではありません。大規模に実現するために、技術面やコスト面の課題をいくつか克服することが、より大きな問題です。」
同社は2026年までに、岩石温度が最大500℃に達する試験用地熱井からエネルギーの採取を始める計画だ。その後、チームはこのシステムを使って石炭火力発電所と天然ガス発電所を転用したいと考えている。
「20キロメートルまで掘削できれば、世界の90％を超える場所で、こうした超高温にアクセスできると考えています」とハウデ氏は言う。
クエイズが米国エネルギー省と進める取り組みでは、前例のない深さと圧力の孔を掘削するうえで残された最大の課題と同社が考える点、たとえば物質の除去や、孔を安定して開いた状態に保つ最適なケーシングの特定に取り組んでいる。井戸の安定性という後者の課題について、ハウデ氏はさらなるコンピューターモデリングが必要だと考え、2024年末までに完了する見込みだ。
既存の発電所で孔を掘削すれば、新しい発電所や送電線を建設する許可を得る場合よりも、クエイズは迅速に事業を進められる。また、ミリ波掘削装置を世界各地の既存の掘削リグ群に対応させることで、石油・ガス業界の世界的な人材を活用できる。
「私たちが利用するこうした高温では、現在の石炭火力・ガス火力発電所の運転温度に非常に近い、あるいはそれを上回る温度の蒸気を生み出せます」とハウデ氏は言う。「そこで既存の発電所に行き、『地熱地帯を開発して、石炭を燃やしてタービンを動かすのと同じ温度の蒸気を地球から生み出せば、石炭の使用量の95～100％を代替し、炭素排出を直接置き換えられます』と伝えられます。」
世界のエネルギーシステムをこれほど短期間で変革することは、最も破局的な地球温暖化シナリオを回避するために不可欠だと、創業者らは考えている。
「この10年間で再生可能エネルギーは大きく前進しましたが、現状を大局的に見ると、気候変動の最悪の影響を抑えるために必要な節目を達成するには、進展がまったく追いついていません」とハウデ氏は言う。「深部地熱はどこでも拡大できる電源であり、エネルギー業界の大規模な労働力を活用し、その技能を完全な炭素フリーのエネルギー源にすぐ転用できる可能性があります。」
