Buzz
Trong hành trình khám phá những lớp sâu nhất của Trái Đất, nhân loại chưa bao giờ ngừng tiến lên.
Từ những năm 1970, Liên Xô đã dẫn đầu với giếng khoan siêu sâu Kola, đạt độ sâu 12.226 mét sau hơn 20 năm nỗ lực. Tuy nhiên, kỷ lục này có thể bị phá vỡ khi Hoa Kỳ công bố kế hoạch khoan một giếng mới sâu 19 km, vượt xa giếng Kola. Dự án này không chỉ là một thử nghiệm khoa học mà còn nhằm khai thác nguồn năng lượng địa nhiệt khổng lồ, mở ra tiềm năng thay đổi bản đồ năng lượng toàn cầu.
Trong hơn 50 năm qua, giếng Kola của Liên Xô vẫn giữ kỷ lục là giếng khoan sâu nhất thế giới. Dự án này, bắt đầu từ năm 1970, nằm trong chương trình "Earth Telescope Project" nhằm khám phá sâu vào thạch quyển và giải mã những bí ẩn địa chất ẩn sâu dưới lòng đất.
Giếng Kola được khoan tại vùng lãnh nguyên băng giá Murmansk, kéo dài 24 năm với sự tham gia của hơn 5.000 nhà khoa học và kỹ sư. Đến năm 1994, giếng đạt độ sâu kỷ lục 12.226 mét, nhưng do nhiệt độ lên tới 180°C và áp suất cực cao, việc khoan tiếp đã bị dừng lại. Dù vậy, giếng Kola đã mang lại nhiều khám phá quan trọng, bao gồm việc tìm thấy hóa thạch vi sinh vật 2 tỷ năm tuổi ở độ sâu 7 km, thay đổi hiểu biết về sự sống trên Trái Đất.
Giếng Kola chỉ là bước khởi đầu cho tham vọng chinh phục những tầng sâu hơn của Trái Đất. Đầu năm 2024, Hoa Kỳ đã công bố dự án khoan siêu sâu đột phá do công ty Quaise Energy Inc. thực hiện. Mục tiêu là khoan xuống độ sâu 19 km, vượt xa giếng Kola và tiến gần tới ranh giới giữa lớp vỏ và lớp phủ của Trái Đất. Dự án này không chỉ là một thí nghiệm khoa học mà còn nhằm khai thác năng lượng địa nhiệt, một nguồn năng lượng sạch có tiềm năng thay thế nhiên liệu hóa thạch.
Năng lượng địa nhiệt đã được khai thác từ lâu, nhưng việc tiếp cận các nguồn nhiệt sâu vẫn còn hạn chế. Với giếng khoan 19 km, các nhà khoa học hy vọng khai thác được nước siêu tới hạn – một trạng thái đặc biệt của nước ở nhiệt độ trên 374°C và áp suất 22,1 MPa. Ở trạng thái này, nước có mật độ cao như chất lỏng nhưng khả năng khuếch tán mạnh như khí, chứa năng lượng gấp 10 lần nước địa nhiệt thông thường. Khi được khai thác, nước siêu tới hạn có thể trực tiếp làm quay tuabin phát điện, nâng hiệu suất nhà máy địa nhiệt lên tới 40%, vượt xa năng lượng mặt trời và điện gió.
Tuy nhiên, để đạt được độ sâu 19 km, các phương pháp khoan truyền thống sẽ không còn phù hợp. Ở độ sâu này, nhiệt độ có thể vượt quá 500°C, khiến các mũi khoan hợp kim cacbua vonfram thông thường bị mềm và biến dạng ở nhiệt độ 400°C. Hơn nữa, bùn khoan thông thường có thể bốc hơi hoặc thậm chí phát nổ khi tiếp xúc với nhiệt độ cực cao. Một thách thức lớn khác là khi vượt qua độ sâu 12 km, đá dưới lòng đất không còn ở trạng thái rắn mà trở nên dẻo như nhựa đường do áp suất khổng lồ, gây khó khăn trong việc duy trì ổn định giếng khoan.
Để giải quyết những thách thức này, Quaise Energy đã phát triển một công nghệ khoan mới dựa trên sóng milimet năng lượng cao. Hệ thống này hoạt động tương tự như vũ khí laser: một chùm sóng milimet với công suất lên tới 200 kW/cm² được tập trung vào bề mặt đá thông qua một ống dẫn sóng đặc biệt có đường kính 7 cm. Khi tiếp xúc với sóng này, đá sẽ ngay lập tức bị nung nóng tới 2.800°C, chuyển thành plasma và bốc hơi. Phương pháp khoan không tiếp xúc này có tốc độ vượt trội, về mặt lý thuyết có thể xuyên qua 20 km lớp đá chỉ trong 20 ngày, nhanh hơn ít nhất 60 lần so với phương pháp khoan truyền thống.
Ngoài ra, để hiện thực hóa công nghệ này, các kỹ sư đã phải vượt qua ba thách thức lớn. Đầu tiên, họ phát triển một máy phát sóng milimet công suất megawatt dựa trên công nghệ gyrotron, với hiệu suất chuyển đổi năng lượng lên tới 70%. Thứ hai, họ thiết kế một hệ thống tự làm sạch ống dẫn sóng bằng cách sử dụng dòng khí argon siêu âm để loại bỏ các mảnh đá nóng chảy, ngăn chặn sự tích tụ làm giảm hiệu suất. Cuối cùng, họ phát triển một hệ thống điều chỉnh chùm tia thông minh, có khả năng phân tích địa chất theo thời gian thực và điều chỉnh thông số khoan để đạt hiệu suất tối ưu.
Việc khoan giếng 19 km không chỉ là một bước tiến trong lĩnh vực năng lượng mà còn mở ra cơ hội chưa từng có trong nghiên cứu khoa học về Trái Đất. Khi đạt đến độ sâu này, các nhà khoa học có thể lần đầu tiên quan sát trực tiếp chuyển động đối lưu của lớp phủ, giúp giải mã cách thức năng lượng bên trong Trái Đất di chuyển và ảnh hưởng đến hoạt động kiến tạo mảng. Những dữ liệu thu thập được có thể cải thiện dự báo động đất, núi lửa và các hiện tượng địa chất khác.
Nếu thành công, dự án này không chỉ phá vỡ kỷ lục của giếng Kola mà còn có tiềm năng thay đổi hoàn toàn bản đồ năng lượng thế giới. Theo mô phỏng của MIT, nếu chi phí khai thác điện địa nhiệt giảm xuống mức 50 USD/MWh, nó sẽ trở thành lựa chọn kinh tế khả thi để thay thế nhiên liệu hóa thạch. Khi đó, các nhà máy nhiệt điện than có thể trở thành dự phòng, điện gió và điện mặt trời sẽ chuyển sang sản xuất hydro, và hệ thống kết hợp giữa địa nhiệt và hydro có thể trở thành giải pháp năng lượng chủ đạo trong kỷ nguyên trung hòa carbon.
