Шари дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК) допоможуть у вирішенні величезної проблеми при отриманні геотермальної енергії.
У геотермальної енергії є потенціал стати дешевою, надійною і невичерпною, зважаючи на доступність тепла Землі протягом 24 годин на добу, 7 днів на тиждень.
Підтвердженням цьому є використання нового покоління геотермальних установок, які вже не використовують вихідний пар від гарячих джерел і гейзерів. Немає необхідності знаходити ці термальні об’єкти; зараз інженери-геотермальники штучно роблять такі джерела шляхом глибинного буріння гірської породи і закачуванням в неї води.
Де бурити? Інженери не можуть бачити того, що відбувається під землею. Буріння свердловин в потрібному місці можна порівняти з грою в гольф із зав’язаними очима: навіть якщо хтось зіб’є вас з правильного напряму, ви все одно вдарите м’яч в бік зеленого поля. Але, виявляється, крихітні фрагменти ДНК, опущені в свердловину, незабаром зможуть допомогти інженерам простежити за траєкторію води під землею, допомагаючи їм щоразу «потрапляти в лунку».
У випадку з класичною геотермальною системою інженерам фактично доводиться бурити два типи свердловин. При першому типі буріння проводиться вниз свердловина на 2 або 3 км. і запускається холодна вода глибоко, де вона розриває гарячу породу і створює нові шляхи для руху води. Цей тип схожий на розрив пласта, але без використання хімічних речовин.
Свердловини другого типу, які називаються технологічними свердловинами, перетинаючись з такими розривами, несуть (вже гарячу) воду назад вгору на поверхню, а гаряча вода віддає пару, що обертає турбіни і виробляє електроенергію.
Тепер для виробництва максимальної кількості енергії геотермальною установкою, інженерам необхідно дуже уважно розмістити ці множинні технологічні свердловини, переконавшись, що кожна нова свердловина найкращим чином доставить на поверхню гарячу воду з парою.
Хороша технологічна свердловина буриться тільки в правильних місцях на перетині розривів, які є глибокими, великими і об’єсними, так, що вода перетікає в них дуже легко.
Основна проблема в тому, що в інженерів немає пристроїв, які показали б, де відбулися розриви від початку пробурених свердловин і яка їхня довжина. Вони намагаються їх вирахувати, відстежуючи шлях потоку води під землею. Зараз інженери можуть відстежувати шлях руху води, використовуючи ряд індикаторів флуоресцентного забарвлення, який є в хімічних радіоактивних елементах.
Такі методи можуть давати сумнівні результати. Вчені змішують індикатори з водою, яка заливається в свердловину, а потім стежать за роботою технологічних свердловин, де індикатори повинні з’явитися приблизно через місяць. Однак індикатори можуть десь зупинитись або зруйнуватися, а також залишитися від дослідження, яке проводилося раніше. Крім того індикатори можуть працювати не так, як від них очікують. Такі результати оприлюднила одна досслідницька група на Всесвітньому геотермальному конгресі, який проходив у 2015 році.
Група помістила декілька індикаторів в свердловину і один з них, як виявилось, зник зовсім. Індикатор, що випадково, в кінці-кінців з’явився, був одним з тих, який група навіть не вводила до свердловини. Вчені дійшли до висновку, що хімічна реакція перетворила його з одного матеріалу в інший.
«Такого роду недоречностей, з якими стикаємось на практиці, ми хочемо уникнути за допомогою ДНК», – каже Роланд Хорн, інженер по геотермальних системах зі Стенфордського університету.
За допомогою спеціальних ДНК-позначок, навіть якщо буде втрачено деякі з них, буде точно відомо, де вводилася позначка і в який час.
Опираючись на роботи вчених, які намагаються зберегти довгі коди ДНК, команда Хорна використовувала короткі синтетичні фрагменти ДНК для відстеження руху води.
У ДНК є унікальний малюнок з близько ста пар біля основи і ці завитки знаходяться навколо крихітної кульки, що складається з діоксиду кремнію. Команда Хорна поміщає діоксид в кремнієву оболонку навколо ДНК щоб її захистити. Хорн представив результати лабораторних досліджень на щорічній Раді з геотермальних ресурсів у вересні 2015 року в місті Ріно, в штаті Невада (США).
«Це чудова ідея, оскільки унікальний код цих кульок з діоксиду кремнію дасть багато інформації», – каже хімік Майкл Бартл, який працює над геотермальними індикаторами в університеті штату Юта. «Єдине питання, коли мова йде про ДНК, які будуть температури?». У підземних розривах довкілля суворе, з великим тиском і температурами, які досягають 600 градусів за Фаренгейтом.
До цих пір кулі з діоксиду кремнію «пережили» 6 годин при 300 грададусах в лабораторії, але вони поки не були випробувані в природних умовах. Хорн і його команда продовжують працювати над тим, щоб ще краще захистити ДНК при тривалих випробуваннях в природних умовах. Ще більша стійкість до високих температур буде наступним кроком і це частина тієї гонки, яка відбувається у всьому світі з пошуку міцного, надійного і точного індикатора.
Якщо випробування таких індикаторів в природних умовах дійсно виявляться успішними, то знаючи розташування найбільших розривів і кращих свердловин, заводи зможуть інвестувати ресурси виважено. Тоді геотермальна енергетика зможе розвиватися де завгодно.
