Op een novembermiddag in 2017, een aardbeving met een kracht van 5,5 schudde Pohang, Zuid-Korea, tientallen verwonden en meer dan 1 forceren 700 van de inwoners van de stad in noodhuisvesting. Uit onderzoek blijkt nu dat de ontwikkeling van een aardwarmteproject de schuld krijgt.

"Er is geen twijfel, " zei Stanford-geofysicus William Ellsworth. "Meestal zeggen we dat niet in de wetenschap, maar in dit geval het bewijs is overweldigend." Ellsworth behoort tot een groep wetenschappers, waaronder Kang-Kun Lee van Seoul National University, die op 24 mei een perspectiefstuk publiceerde in Wetenschap waarin lessen worden getrokken uit het falen van Pohang.

De aardbeving in Pohang onderscheidt zich als verreweg de grootste die ooit rechtstreeks verband hield met de ontwikkeling van wat bekend staat als een verbeterd geothermisch systeem, wat meestal inhoudt dat er nieuwe ondergrondse paden moeten worden geopend zodat de warmte van de aarde de oppervlakte kan bereiken en stroom kan genereren. En het komt op een moment dat de technologie een stabiele, altijd aanwezige aanvulling op meer kieskeurige wind- en zonne-energie, aangezien een groeiend aantal landen en Amerikaanse staten aandringen op de ontwikkeling van koolstofarme energiebronnen. Volgens sommige schattingen het kan oplopen tot wel 10 procent van de huidige Amerikaanse elektrische capaciteit. Als u begrijpt wat er in Pohang mis is gegaan, kunnen andere regio's deze veelbelovende energiebron veiliger ontwikkelen.

Conventionele geothermische bronnen wekken al tientallen jaren stroom op op plaatsen waar warmte en water uit de diepe ondergrond door natuurlijk permeabel gesteente omhoog kunnen borrelen. in Pohang, zoals bij andere verbeterde geothermische projecten, injecties braken ondoordringbare rotsen open om leidingen voor warmte van de aarde te creëren die anders ontoegankelijk zouden blijven voor het maken van elektriciteit.

"We begrijpen al een halve eeuw dat dit proces van het oppompen van de aarde met hoge druk aardbevingen kan veroorzaken, " zei Ellsworth, die mede-directeur is van het Stanford Center for Induced and Triggered Seismicity en professor is aan de School of Earth, Energie- en milieuwetenschappen (Stanford Earth).

Hier, Ellsworth legt uit wat er in Pohang is mislukt en hoe hun analyse kan helpen de risico's te verlagen, niet alleen voor de volgende generatie geothermische centrales, maar ook fracking-projecten die afhankelijk zijn van vergelijkbare technologie. Hij bespreekt ook waarom, ondanks deze risico's, hij gelooft nog steeds dat verbeterde geothermie een rol kan spelen bij het leveren van hernieuwbare energie.

Hoe werkt verbeterde geothermische technologie?

Het doel van een verbeterd geothermisch systeem is om een ​​netwerk van breuken te creëren in heet gesteente dat anders te ondoordringbaar is voor water om doorheen te stromen. Als je dat netwerk van breuken kunt creëren, dan kun je met twee putten een warmtewisselaar maken. Je pompt koud water een, de aarde warmt het op, en aan de andere kant haal je heet water.

Exploitanten die een geothermische put boren, bekleden deze met een stalen buis en gebruiken hetzelfde proces en dezelfde technologie die worden gebruikt om een ​​oliebron te bouwen. Op de bodem van de put is een stuk kale rots opengelaten. Ze pompen water onder hoge druk de put in, bestaande breuken te forceren of nieuwe te creëren.

Soms veroorzaken deze kleine breuken kleine aardbevingen. Het probleem is wanneer de aardbevingen te groot worden.

Wat leidde tot de grote aardbeving in Pohang, Zuid-Korea?

Toen ze vloeistoffen onder hoge druk begonnen te injecteren, één put produceerde zoals gepland een netwerk van breuken. Maar water dat in de andere put werd geïnjecteerd, begon een voorheen onbekende fout te activeren die dwars door de put liep.

Druk die naar de breukzone migreerde, verminderde de krachten die het normaal gesproken moeilijk zouden maken voor de breuk om te bewegen. Kleine aardbevingen hielden nog weken aan nadat de operators de pompen hadden uitgeschakeld of de druk hadden verminderd. En de aardbevingen werden met het verstrijken van de tijd steeds groter.

Dat had moeten worden herkend als een teken dat er geen grote schop voor nodig was om een ​​sterke aardbeving te veroorzaken. Dit was een bijzonder gevaarlijke plaats. De druk van de vloeistofinjecties zorgde uiteindelijk voor de kick.

Wat zijn de huidige methoden voor het monitoren en minimaliseren van de dreiging van aardbevingen in verband met vloeistofinjectie voor geothermische of andere soorten energieprojecten?

Over het algemeen willen civiele autoriteiten over het algemeen niet dat boren en injecties aardbevingen veroorzaken die groot genoeg zijn om mensen te storen. In praktijk, autoriteiten en boormachines hebben de neiging zich meer te concentreren op het voorkomen van kleine, voelbare aardbevingen dan op het vermijden van de veel minder waarschijnlijke gebeurtenis van een aardbeving die sterk genoeg is om ernstige schade aan te richten.

Met dit in gedachten, veel projecten worden beheerd met een zogenaamd stoplichtsysteem. Zolang de aardbevingen klein zijn, dan heb je groen licht en ga je gang. Als aardbevingen groter worden, dan pas je de bewerkingen aan. En als ze te groot worden, stop je, in ieder geval tijdelijk. Dat is het rode licht.

Veel geothermische, olie- en gasprojecten zijn ook geleid door een hypothese dat zolang je niet meer dan een bepaald volume vloeistof in een put doet, je zult geen aardbevingen krijgen die groter zijn dan een bepaalde grootte. Daar kan op sommige plaatsen enige waarheid in zitten, maar de ervaring in Pohang leert ons dat dit niet het hele verhaal is.

Hoe zou een betere aanpak eruit zien?

Er moet altijd rekening worden gehouden met de mogelijkheid van een op hol geslagen of veroorzaakte aardbeving. En het is belangrijk om het te beschouwen door de lens van evoluerend risico in plaats van gevaar. Gevaar is een potentiële bron van schade of gevaar. Risico is de mogelijkheid van verlies veroorzaakt door schade of gevaar. Zie het op deze manier:een aardbeving zo groot als Pohang vormt hetzelfde gevaar, of het nu toeslaat in een dichtbevolkte stad of een onbewoonde woestijn. Maar in de stad is het risico veel groter.

De kans op een ernstige gebeurtenis kan klein zijn, maar het moet worden erkend en in beslissingen worden meegenomen. Misschien zou je besluiten dat dit helemaal niet zo'n goed idee is.

Bijvoorbeeld, als er een kans is op een aardbeving met een kracht van 5.0 voordat het project begint, dan kunt u een inschatting maken van de te verwachten schade en letsel. Als we een kans kunnen toekennen aan aardbevingen van verschillende groottes, dan kunnen civiele autoriteiten beslissen of ze het risico willen accepteren en onder welke voorwaarden.

Naarmate het project vordert, die gesprekken moeten doorgaan. Als een storing wordt geactiveerd en de kans op een schadelijke aardbeving toeneemt, civiele autoriteiten en projectmanagers zouden kunnen zeggen:"werden gedaan."

Van alles wat je hebt geleerd over wat er in Pohang is gebeurd, denk je dat een verbeterde geothermische ontwikkeling zou moeten vertragen?

Natuurlijke geothermie is een belangrijke bron van schone energie. Maar ze zijn zeldzaam en vrij veel afgetapt. Als we erachter kunnen komen hoe we veilig energiecentrales kunnen ontwikkelen op basis van verbeterde technologie voor geothermische systemen, het zal voor ons allemaal enorme voordelen hebben als koolstofarme optie voor elektriciteit en ruimteverwarming.