‘ไอซ์แลนด์’ ขุดอุโมงค์ สู่ใจกลาง ‘ภูเขาไฟ’ ปฏิวัติพลังงานความร้อนใต้พิภพขั้นสูง

“ไอซ์แลนด์” เตรียมปฏิวัติวงการ “พลังงานสะอาด” ด้วยการขุดอุโมงค์และเจาะลึกเข้าไปในภูเขาไฟเพื่อดึงพลังงานจากหินหลอมละลายหรือแมกมามาใช้งานโดยตรง โครงการนี้มีชื่อว่า “โครงการทดสอบแมกมาคราฟลา” หรือ KMT (Krafla Magma Testbed) ซึ่งมีเป้าหมายในการสร้างสถานีสำรวจแมกมาแห่งแรกของโลก ควบคู่ไปกับการทดลองดึง “พลังงานความร้อนใต้พิภพขั้นสูง” (Superhot Geothermal Energy) ขึ้นมาใช้งานโดยที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าเทคโนโลยีเดิมหลายเท่าตัว

พื้นที่ดำเนินการตั้งอยู่ที่ “แอ่งยุบปากปล่องภูเขาไฟคราฟลา” ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ “สันเขากลางมหาสมุทรแอตแลนติก” หนึ่งในเขตภูเขาไฟที่มีพลังมากที่สุดในโลก โดยภูเขาไฟลูกนี้มีห้องแมกมาตื้น อยู่ใต้พื้นดินที่ความลึกประมาณ 2.1 กิโลเมตร ซึ่งมีความร้อนสูงถึง 900-1,000 องศาเซลเซียส ทำให้เป็นสถานที่ที่เหมาะสมที่สุดในโลกสำหรับการเจาะสำรวจและดึงความร้อนมหาศาลนี้มาใช้

จุดเริ่มต้นของภารกิจอันทะเยอทะยานนี้ เกิดจากความบังเอิญในปี 2009 ระหว่างทำภารกิจของโครงการขุดเจาะลึกแห่งไอซ์แลนด์ (IDDP) เมื่อทีมวิศวกรของ Landsvirkjun บริษัทพลังงานแห่งชาติไอซ์แลนด์ ตั้งใจเจาะลึกพื้นในระยะ 4.5 กิโลเมตรเพื่อหาไอน้ำความร้อนสูง แต่หัวเจาะกลับพุ่งชนห้องแมกมาโดยไม่คาดคิดที่ระดับความลึกเพียง 2.1 กิโลเมตร ซึ่งตามปรกติแล้วการเจาะโดนแมกมาคือสิ่งที่วิศวกรพลังงานใต้พิภพถูกฝึกมาว่าห้ามทำอย่างเด็ดขาด

แม้จะเกิดอุบัติเหตุ แต่ทีมงานกลับเปลี่ยนวิกฤติให้เป็นโอกาส โดยตั้งชื่อบ่อนี้ว่า IDDP-1 หลังจากปล่อยให้บ่อพักตัวและฟื้นสภาพอยู่หลายเดือน ทีมงานได้ฉีดน้ำเย็นเพื่อควบคุมอุณหภูมิ ติดตั้งท่อเหล็กบุบ่อ และเปิดทดสอบการไหลของพลังงานตั้งแต่ปี 2010- 2012 บ่อเจาะนี้สามารถส่งไอน้ำความร้อนสูงเกินกว่า 450 องศาเซลเซียส พร้อมแรงดันสูงถึง 140 บาร์ ขึ้นสู่ผิวดินได้อย่างต่อเนื่อง ทำให้ IDDP-1 กลายเป็นบ่อพลังงานความร้อนใต้พิภพที่ร้อนที่สุดในโลกเท่าที่เคยมีการบันทึกไว้

ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่า บ่อเจาะที่อยู่ใกล้ชิดกับแมกมาสามารถผลิตพลังงานความร้อนได้สูงกว่า 100 เมกะวัตต์ และมีศักยภาพในการผลิตไฟฟ้าได้สูงถึง 35-36 เมกะวัตต์จากบ่อเจาะเพียงบ่อเดียว ซึ่งมากกว่าผลผลิตของบ่อความร้อนใต้พิภพแบบดั้งเดิมถึง 5-10 เท่า เปรียบเหมือนการเปลี่ยนจากแบตเตอรี่ขนาด AA ไปสู่โรงไฟฟ้าพลังงานมหาศาล

อย่างไรก็ตาม บ่อ IDDP-1 ต้องปิดตัวลงในปี 2012 เนื่องจากการกัดกร่อนของสารเคมีรุนแรง โดยไอน้ำความร้อนสูงที่พุ่งขึ้นมาได้พา “ก๊าซไฮโดรเจนคลอไรด์” และ “ไฮโดรเจนฟลูออไรด์” ขึ้นมาด้วย ซึ่งเมื่อควบแน่นจะกลายเป็นกรดที่กัดกร่อนท่อเหล็กและวาล์วบนผิวดินจนเสียหาย โดยจอห์น ไอเชลเบอร์เกอร์ นักภูเขาไฟวิทยา จากมหาวิทยาลัยอะแลสกา แฟร์แบงก์ส ชี้ว่าการดึงความร้อนระดับ 250 องศาเซลเซียสแบบเดิมมีประสิทธิภาพต่ำมาก เมื่อเทียบกับแมกมาที่ร้อนถึง 1,300 องศาเซลเซียส 

เพื่อให้ท่อและซีเมนต์สามารถรองรับอุณหภูมิและความดันสุดขั้วโดยไม่พังทลาย ทีมวิศวกรกำลังเร่งพัฒนาเทคโนโลยีใหม่เพื่อไม่ให้ซ้ำรอยอดีต โดยมีการทดสอบโลหะผสมผสานระหว่าง “นิกเกิล” และ “ไทเทเนียม” รวมถึงการใช้ “อะลูมิเนียมซิลิเกตซีเมนต์” ชนิดพิเศษที่พัฒนาโดยห้องปฏิบัติการแห่งชาติบรูคเฮเวน ในสหรัฐ 

โครงการ KMT จึงได้วางแผนขุดเจาะหลุมใหม่จำนวน 2 หลุม โดยหลุมแรกคือ “KMT-1” มีกำหนดขุดเจาะลงไปปักสมอเซนเซอร์ ณ ขอบแมกมาที่ระดับความลึกราว 2,100 เมตร เพื่อศึกษาสภาพแวดล้อมและวัดค่าต่าง ๆ จากนั้นหลุมที่สองจะเจาะตามมาในพื้นที่ใกล้เคียงเพื่อทดลองระบบการผลิตพลังงานความร้อนใต้พิภพขั้นสูงแบบเต็มรูปแบบ 

บียอร์น ธอร์ กุดมุนด์สัน ประธานเจ้าหน้าที่บริหารโครงการ KMT กล่าวว่า “นี่คือภารกิจการเดินทางไปใจกลางโลกเป็นครั้งแรก”

ขณะเดียวกัน โครงการนี้ยังใช้เป็นหอสังเกตการณ์แมกมาแห่งแรกของโลก จอห์น ลัดเดน ประธานคณะกรรมการวิทยาศาสตร์ของ KMT กล่าวว่า โครงการตั้งเป้าจะส่งอุปกรณ์ตรวจวัดเข้าไปในชั้นแมกมา ซึ่งเป็นแมกมาประเภท “ไรโอไลต์” ซึ่งมักเกิดจากการหลอมละลายของเปลือกโลกส่วนที่เป็นทวีป โดยจะมีอุณหภูมิต่ำกว่าและมีความหนืดสูงกว่าแมกมาประเภทบะซอลต์ มีลักษณะเนื้อสัมผัสคล้ายเนยถั่วและมีอุณหภูมิสูงถึง 970 องศาเซลเซียส 

การติดตั้งเซนเซอร์ลงไปโดยตรง จะช่วยให้นักภูเขาไฟวิทยาเข้าใจการเคลื่อนตัวของหินหลอมละลายและการเกิดการระเบิดของภูเขาไฟ ซึ่งจะช่วยพัฒนาระบบเตือนภัยล่วงหน้าให้แก่ประชากรเกือบ 1,000 ล้านคนที่อาศัยอยู่ใกล้ภูเขาไฟทั่วโลก

ส่วนอุณหภูมิที่ก้นหลุมเจาะพลังงาน ซึ่งจะดำเนินการขุดเจาะในบริเวณใกล้เคียงกันนั้น คาดว่าจะสูงถึงประมาณ 500 องศาเซลเซียส

ทั้งนี้ การเจาะเข้าไปในห้องแมกมาจะไม่เป็นอันตรายและไม่กระตุ้นให้ภูเขาไฟปะทุ ดร.บียาร์นิ พาลสซอน ผู้จัดการโครงการจาก Landsvirkjun และทีมวิจัยยืนยันตรงกันว่าเป็นไปไม่ได้ เนื่องจากเมื่อหัวเจาะสัมผัสกับแมกมา น้ำเย็นที่ถูกฉีดลงไปจะทำให้แมกมาแข็งตัวกลายเป็นแก้วภูเขาไฟทันทีและช่วยอุดรูกว้างขนาดเท่าจานข้าวไว้ ไม่สามารถสร้างแรงดันมหาศาลพอที่จะจุดชนวนการระเบิดได้

โครงการ KMT ตั้งเป้าระดมทุนประมาณ 105 ล้านดอลลาร์ สำหรับดำเนินงานจนถึงปี 2030 โดยคาดหวังว่าจะสามารถผลิตไฟฟ้าได้ในราคาต่ำกว่า 4.3 เซนต์ต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมง ซึ่งเป็นราคาที่แข่งขันได้ในไอซ์แลนด์ หากเทคโนโลยีนี้ประสบความสำเร็จ จะเปลี่ยนโฉมเศรษฐกิจพลังงานและกลายเป็นแหล่งพลังงานฐานสะอาด สำหรับประเทศที่มีภูเขาไฟทั่วโลกได้อย่างยั่งยืน

ที่มา: Autonocion, Engineering and Technology, Times of India, ZME Science