ゲッティイメージズ
トスカーナ州アペニン山脈の緑豊かな丘陵地帯の奥深くに、宝が埋もれています。ヴェネレ2掘削塔の荒々しい金属トラスが、まるで地図上のX印のようにその位置を示しています。この地熱井は地表から約3.2キロメートル下、温度と圧力が極めて高く、岩石が曲がり始める領域まで達しています。ここは、液体と気体の両方の特性を持つ、ミネラル豊富な超臨界地熱流体の発生に最適な条件が整っています。まさに金とまでは言えませんが、もしヴェネレ2が超臨界流体の貯留層を掘削し、それを使って地表でタービンを回すことができれば、世界で最もエネルギー密度の高い再生可能エネルギーの一つとなるでしょう。
しかし、そこに到達するのは容易ではない。地中深くまで掘削すると、大きな岩石の塊がずれて地震を引き起こす危険性がある。この危険性は、地表近くの硬い岩石とその下のより柔らかい岩石との間の、まだ解明されていない境界であるK層を突破することを目指したVenelle-2井でさらに高まった。ドリルがこの層を突き抜け、その下の超臨界流体に到達した時に何が起こるかは、誰にも予想できなかった。
そして今のところ、謎は未だに解けない。ヴェネル2号での掘削は、K層に差し掛かる直前で停止した。坑井底の温度が機器の性能を上回ったためだ。坑井底のセンサーは、温度が華氏1,000度（摂氏約484度）を超え、圧力が地表の300倍に達したことを示していた。しかし、ヴェネル2号はこれまでに作られた中で最も高温の掘削孔であり、超臨界状態の極限状態で掘削が可能であることを実証した。そして今週、地球物理学研究ジャーナルに掲載された論文は、大規模な地震活動を引き起こすことなく掘削が可能であることを示した。
著者らは、この研究によって、すべての地熱掘削が地震を引き起こすという懸念が払拭されることを期待していると述べています。結局のところ、一般の人々が地熱井について耳にするのは、何か問題が発生した時だけです。しかし、Venelle-2は「地熱目的で掘削された井戸には、良い事例も数多くある」ことを示していると、ジュネーブ大学の研究者でこの研究の共著者であるリカルド・ミネット氏は述べています。
ヴェネッレ2号井は、イタリア中部のラルデレロ・トラヴァーレ地熱地帯に点在する数多くの掘削井の一つです。この地は、地球の熱を利用した発電が初めて行われた場所でもあります。1904年に行われた最初の実験では、電球5個分の電力しか得られませんでしたが、現在ラルデレロ・トラヴァーレは世界の地熱発電の約10%を生産しています。2015年には、欧州のエネルギー企業と研究機関のコンソーシアムが、地熱地帯からさらに多くのエネルギーを抽出できるかどうかを調べる「デスクランブル」プロジェクトを開始しました。この計画は、地表深部にある超臨界流体の貯留層を活用することでした。もしこのエネルギー密度の高い流体を井戸から抽出できれば、ラルデレロ・トラヴァーレにとって新たな歴史的な快挙となるでしょう。
デスクランブルのチームが超臨界流体の掘削に取り組んだのは初めてではない。米国、日本、イタリア、メキシコでは、いずれも超臨界流体を生成できる条件まで掘削実験が進められてきた。超臨界流体を生成するには、華氏700度以上の温度と地表の220倍の圧力が必要となる。しかし、実際に超臨界流体を発見したのはたった1つのプロジェクトだけだ。2017年、アイスランド政府と国営エネルギー企業のコンソーシアムが運営するアイスランド深海掘削プロジェクトの研究者たちは、地表から3マイル（約4.8キロメートル）下の超臨界流体に到達したと報告した。それから3年が経った今も、彼らはこの井戸から有用なエネルギーを生成するための研究を続けている。
デスクランブルチームは、アイスランド深部掘削プロジェクトで超臨界流体が発見されたのとほぼ同時期に、ヴェネル2の掘削を開始しました。彼らは強化された掘削技術を用いて、他のどの地熱井よりもはるかに高温の領域に到達しました。しかし、6ヶ月間の掘削後、目標地点のわずか数百フィート手前で掘削を中止せざるを得ませんでした。掘削孔の底部の温度は、アイスランドの井戸で発生した温度よりも約90度も高く、安全に掘削を続けるには高温すぎたのです。
掘削作業中、ヨーロッパの地質学者からなる独立したチームが、ラルデレロ・トラヴァーレ地熱地帯周辺に設置された超高感度地震計ネットワークを監視していた。チームは地震活動を記録したものの、その地域としては通常のレベルだった。しかし、ミネット氏は一般化には注意を促している。超臨界地熱井はまだ発展途上の技術であり、将来的に超臨界流体の掘削を試みれば「より大きな地震活動を引き起こす可能性がある」とミネット氏は指摘する。
ミネット氏は、超臨界流体の掘削と関連付けられた地震は報告されていないと認めているものの、地熱井が過去に大きな地震を引き起こした事例がある。昨年、韓国は史上2番目に大きな地震に見舞われたが、その原因は実験用の地熱井にあった。数年前、スイスのバーゼルを揺るがした地震も、地熱井が原因とされた。一部の専門家は、これらの地震の原因は断層掘削によるものだと指摘している。断層掘削は効率を高める一方で、地震を誘発するリスクもはるかに高くなる。超臨界流体の掘削が従来型の地熱井の掘削よりも地震リスクが高いかどうかについて、ミネット氏は「超臨界流体については未知数が多すぎて、適切な答えを出すことはできない」と述べている。
地震リスクの増大はさておき、超臨界地熱井には他にも欠点がある。超臨界流体の貯留層は比較的稀なため、世界の地熱エネルギーへの移行における有用性は限定的だ。また、超臨界流体自体が掘削孔のライナーやコンクリートプラグを破壊し、甚大な被害をもたらす。「超臨界流体は非常に腐食性が高く、岩石から多くの物質を溶解するため、対処が必要です」と、ホットロックエネルギー研究機構の理事長であり、地熱発電会社アルタロックエナジーの共同創業者であるスーザン・ペティ氏は語る。「恐ろしい物質です」
ペティ氏は、自然に存在する地熱流体の貯留層に依存しない、いわゆる「強化地熱システム」の構築を提唱しています。このタイプの井戸は、乾燥した高温の岩盤を深く掘削し、地表から水を注入します。水は超臨界温度近くまで加熱され、地表に再び汲み上げられてタービン発電機を回転させます。これは石油・ガス業界から借用した技術で、地熱エネルギーを天然の熱水貯留層への依存から解放することを約束しています。十分な深さまで掘削できれば、強化地熱システムはほぼどこでも利用できます。
熱水と蒸気の深部を発見し到達するという困難さから、世界中で地熱発電の導入は限定的となっています。しかし、もし地熱エネルギーが自然によって選ばれた場所に限定されなければ、世界の大半の地域に、無尽蔵の常時供給可能な炭素フリーの電力源を提供できるとペティ氏は試算しています。
しかし、超臨界井と同様に、強化地熱システムも技術的な課題と巨大地震への懸念に悩まされてきました。バーゼル地震と韓国地震はどちらも強化地熱井が関与していました。これが技術固有のリスクなのか、掘削場所の選択によるものなのかは未だに議論の余地があります。それでもなお、強化地熱というコンセプトはなかなか普及していません。米国では、アルタ・ロック・エナジーのような企業が、資本集約型のプロジェクトへの資金調達に苦戦しています。これらのプロジェクトは、風力・太陽光発電に割り当てられた連邦政府の補助金のごく一部しか受け取っていません。実績がほとんどない新しい技術である強化地熱システムは、投資家にとってより大きなリスクを伴います。
「地熱はマーケティング面で少々問題を抱えています」と、オハイオ州立大学エネルギー持続可能性研究室の所長、ジェフリー・ビエリッキ氏は語る。「地熱には多くの有益な特性があるにもかかわらず、『再生可能エネルギー』というと、たいていは風力や太陽光を指してしまうのです。」
今月初め、米国エネルギー省は、専用の地熱試験場であるフォージに投入される2,500万ドル（1,920万ポンド）の研究資金を発表しました。これは始まりではありますが、地熱エネルギーシステムが皆さんの身近な電力網に導入されるまでには、まだ長い道のりが残っています。
この記事はWIRED USに掲載されたものです
この記事はWIRED UKで最初に公開されました。
