איך פועלת מערכת הגיאותרמיה הסגורה של סין, ומה עדיין עומד במבחן

הפרויקט הגיאותרמי הראשון של סין במעגל סגור, המשתמש ב־CO₂ סופר־קריטי, הוא בראש ובראשונה מתקן להדגמת חימום — לא תחנת כוח גיאותרמית. הוא החל לפעול בז׳נגג׳ואו ב־19 במאי 2026, ומזרים פחמן דו־חמצני דרך באר אטומה בעומק של כ־2,500 מטר. ה־CO₂ קולט חום מהסלעים שסביב הבאר, ולאחר מכן מעביר אותו במתקן עילי למעגל מים נפרד המשמש לחימום מבנים בחורף. 613

החשיבות של המערכת היא שהיא בוחנת הפקת חום גיאותרמי בלי להפיק מי תהום. עם זאת, התוצאות הנוכחיות הן אבן דרך תפעולית מוקדמת — לא הוכחה לכך שגיאותרמיה במעגל סגור כבר מסוגלת לייצר חשמל זול ורציף בכל מקום.

כך פועלת המערכת בז׳נגג׳ואו

הבאר בנויה בתצורה קואקסיאלית של מעגל סגור: נתיב אחד מזרים CO₂ קר ודחוס יחסית כלפי מטה, ונתיב אחר מחזיר את הנוזל שהתחמם אל פני הקרקע. בעומק, החום עובר מהתצורה הגיאולוגית דרך מבנה הבאר אל ה־CO₂ הזורם. על פני הקרקע, ה־CO₂ החוזר מוסר את החום למים המשמשים את מערכת החימום האזורית. הפחמן הדו־חמצני נשאר בתוך המעגל האטום ואינו מתערבב עם הסלע או עם מי התהום. 6713

זהו הבדל מהותי לעומת תחנות גיאותרמיות הידרותרמיות קונבנציונליות. במערכות כאלה שואבים מים חמים ממאגר תת־קרקעי חדיר, משתמשים בחום שלהם ולעיתים מחזירים את המים למאגר. מערכת סגורה אינה תלויה באותה מידה בזרימת מים טבעית: היא יכולה להשתמש בחום האגור בסלע גם כאשר אין מתחת לקרקע מאגר מים חמים בעל חדירות מספקת.

למה להשתמש ב־CO₂ במקום במים?

המערכת הסינית משתמשת ב־CO₂ סופר־קריטי — פחמן דו־חמצני שנמצא בתנאי לחץ וטמפרטורה שבהם הוא משלב מאפיינים של גז ושל נוזל. לפי ההיגיון ההנדסי שפורסם, שילוב זה עשוי לאפשר זרימה בעלת התנגדות נמוכה יחסית לצד העברת חום יעילה בבאר עמוקה. 613

ל־CO₂ עשוי להיות גם יתרון תרמוסיפוני. כאשר הוא מתחמם במהלך העלייה, הצפיפות שלו יורדת ביחס לנוזל הקר יותר שיורד. הפרש הצפיפויות הזה יכול לסייע בהנעת המחזור ולהפחית את עבודת השאיבה — אך אינו מבטל את הצורך בציוד עילי ואינו מבטיח עלויות תפעול נמוכות.

למעגל הסגור יש כמה יתרונות פוטנציאליים:

• אין צורך לשאוב מי תהום או להחזירם למאגר.
• נוזל העבודה מבודד מהתצורה הגיאולוגית שסביבו.
• המערכת עשויה להימנע מחלק מבעיות האבנית והטיפול במינרלים האופייניות להפקת תמלחת חמה.
• היא עשויה להרחיב את השימוש בחימום גיאותרמי לאזורים שבהם יש סלע חם, אך החדירות הטבעית של המאגר נמוכה מדי למערכת פתוחה. 613

אלה יתרונות ברמת תכנון המערכת, לא הבטחה לביצועים מסחריים. החום עדיין צריך לעבור דרך הסלע ודפנות הבאר בקצב שיספיק לתפוקה הנדרשת.

מה הפרויקט דיווח שהשיג

לפי הדיווחים הפומביים, ה־CO₂ נכנס למערכת בטמפרטורה של כ־8 מעלות צלזיוס ויוצא ממנה בטמפרטורה של כ־22 מעלות. בהשוואה לשיטת הפקת חום המבוססת על מים, הפרויקט אמור להגדיל את יכולת הפקת החום בכ־20% ולהפחית את צריכת האנרגיה ליחידת חימום בכ־10%. הוא תוכנן לספק חימום מרכזי בחורף ליותר מ־18,000 מ״ר של שטחי מגורים. 3613

הנתונים האלה מתארים יישום שימושי של חימום, אך אינם מעידים על ייצור חשמל. טמפרטורת החזרה מדווחת היא בסדר גודל שמתאים לחימום, והראיות שסופקו אינן מראות שהפרויקט מייצר חשמל.

יש גם הסתייגות חשובה בנוגע למונח ״CO₂ סופר־קריטי״. המונח מתייחס לסוג נוזל העבודה ולמצב הלחץ־טמפרטורה שלו בתוך המערכת. הסיכומים התפעוליים הזמינים לציבור אינם מציגים את פרופיל הלחץ והטמפרטורה המלא בכל נקודה מתחת לפני הקרקע. דיווח משני אחד מציג נתוני כניסה ויציאה שונים, ולכן יש להתייחס לנתון הנפוץ של 8–22 מעלות כאל נתון תפעולי מדווח — לא כתיאור תרמודינמי מלא של כל הלולאה. 34

האם המערכת יכולה לספק חשמל רציף סביב השעון?

חום גיאותרמי זמין באופן רציף, בניגוד לרוח ולשמש, שתפוקתן משתנה לפי מזג האוויר ושעות האור. באופן עקרוני, מערכת סגורה שתגיע לסלעים חמים מספיק ותזרים כמות נוזל גדולה מספיק עשויה לספק חום יציב, ובטמפרטורות גבוהות יותר גם חשמל.

הפרויקט בז׳נגג׳ואו עדיין אינו מדגים את התוצאה הזו. ייצור חשמל דורש זרימת חום שימושית גדולה בהרבה וטמפרטורות המתאימות למחזור המרת אנרגיה. תפקידה הנוכחי של המערכת הוא חימום מגורים, ולכן הטענה שהיא כבר הוכיחה ייצור חשמל גיאותרמי רציף חורגת מהראיות הקיימות.

הכלכלה היא הסתייגות משמעותית אף יותר. מודלים מצביעים על כך שמערכות במעגל סגור עשויות להגיע לעלות תחרותית בתחום החימום, אך ייצור חשמל תחרותי ידרוש בדרך כלל הוזלה משמעותית של הקידוחים. מחקר נפרד מצא שמערכות מדומות במאגר בטמפרטורה של 180 מעלות צלזיוס עלולות שלא להחזיר את העלויות לאורך חייהן — אפילו בתרחיש של 30 הסתעפויות אופקיות וקצב הפקה של 75 ק״ג לשנייה.

מדוע בוחנים בארות עמוקות בצורת U?

לבאר קואקסיאלית יש שטח חילוף חום מוגבל יחסית. תכנון עמוק יותר בצורת U, או לולאת U, מנסה להגדיל את השטח הזה באמצעות קידוח שתי זרועות אנכיות שמחוברות בקטע אופקי ארוך בתוך סלע חם. הנתיב התת־קרקעי הארוך יותר מספק מגע רב יותר עם התצורה הגיאולוגית ועשוי להגדיל את כמות החום שעוברת לנוזל הזורם.

הגיאומטריה הזו מתמודדת עם מגבלה מרכזית של מערכות בעלות באר יחידה: כדי להפיק הספק שימושי לאורך זמן, דרושים שטח מגע גדול מספיק עם הסלע, טמפרטורה גבוהה וזרימה יציבה. מנגד, היא מוסיפה מורכבות לקידוח הכיווני, סיכון בהשלמת הבאר ועלות הון גבוהה יותר. הראיות שסופקו אינן קובעות את העומק, הביצועים, מצב הבנייה או העלות המדויקים של פרויקט סיני מסוים בצורת U. לכן נכון לראות בכיוון הזה שלב פיתוח — לא פתרון מסחרי מוכח.

החסמים ההנדסיים והכלכליים

האתגר אינו רק למצוא סלע חם. צריך ליצור מתחת לפני הקרקע מחליף חום עמיד ובעל תפוקה גבוהה, בעלות שהחום או החשמל שיופקו יוכלו להחזיר.

החסמים העיקריים כוללים:

• עלות הקידוח העמוק והקמת קטעי באר כיווניים או מרובי־הסתעפויות.
• יצירת שטח תת־קרקעי גדול מספיק להעברת חום.
• שמירה על שלמות הבאר והאטמים בתנאי לחץ וטמפרטורה גבוהים.
• התמודדות עם קורוזיה, איבודי חום והתנהגות ה־CO₂.
• מניעת ״קצר תרמי״ בין הנתיב היורד לנתיב החוזר.
• פיתוח אסדות קידוח, מקדחים, כלים לעומק וחומרים שיוכלו לפעול בסביבה עמוקה וקשה.

סקירה ב־Nature מעריכה שבנסיבות מסוימות הקמת מערכת יחידה בעלת הסתעפויות מרובות עשויה לעלות כ־50–100 מיליון דולר, ומציינת שהרווחיות תלויה הן בתפוקה והן בביקוש המקומי. היא גם מצביעה על מגבלה בסיסית: מערכות סגורות מסתמכות במידה רבה על הולכת חום מהסלע, תהליך איטי יותר מהסעה דרך מאגר גיאותרמי שמים זורמים בו באופן טבעי.

זו אחת הסיבות לכך שחימום אזורי עשוי להיות הזדמנות מסחרית מוקדמת יותר מייצור חשמל. מערכת יכולה למכור חום בטמפרטורה בינונית ישירות למבנים סמוכים, בלי להמיר אותו קודם לחשמל. תחנת כוח, לעומת זאת, זקוקה למשאב חם יותר, לזרימה גדולה יותר ולציוד המרה יקר יותר.

מה מלמד הפרויקט של Eavor בגרמניה?

פרויקט Geretsried של חברת Eavor בבוואריה הוא נקודת השוואה חשובה. ב־4 בדצמבר 2025 הוא החל להזרים חשמל לרשת הגרמנית ממערכת גיאותרמית סגורה ורב־הסתעפויות — הפרויקט המסחרי הראשון מסוגו שעליו דווח שהצליח לעשות זאת.

הפרויקט משויך להספק תכנון מלא של כ־8.2 מגה־ואט חשמל וכ־64 מגה־ואט חום. הלולאות שלו משתמשות בבארות תת־קרקעיות ארוכות במקום להסתמך על מאגר טבעי בעל תפוקה של מים חמים. עם זאת, נכון למרץ 2026 פעלה רק הראשונה מתוך ארבע הלולאות המתוכננות. לכן מדובר בהדגמה משמעותית של היתכנות טכנולוגית, בעוד שההשלמה המלאה והכלכלה של הפרויקט נותרו שאלות פתוחות. 17

יחד, ז׳נגג׳ואו ו־Geretsried מציגות שני שלבים של אותו רעיון רחב יותר: ז׳נגג׳ואו מדגימה זרימת CO₂ אטומה להפקת חום גיאותרמי שימושי; Geretsried מדגימה שמעגל סגור מרובה־הסתעפויות יכול להגיע לרשת החשמל. אף אחד מהפרויקטים אינו מוכיח שגיאותרמיה עמוקה במעגל סגור היא זולה, ניתנת ליישום בכל מקום או מוכנה להחליף תחנות כוח קונבנציונליות.

השורה התחתונה

את הפרויקט של China Huaneng בז׳נגג׳ואו נכון להבין כמבחן מעשי לעיקרון של ״להפיק חום בלי להפיק מים״. באר קואקסיאלית בעומק 2,500 מטר, מעגל CO₂ אטום, שיפור מדווח של כ־20% ביכולת הפקת החום וחימום של יותר מ־18,000 מ״ר מסבירים מדוע הגישה מושכת תשומת לב. 613

הטכנולוגיה עשויה בעתיד לאפשר שימוש בגיאותרמיה במקומות רבים יותר, באמצעות הפרדה בין הפקת חום לבין קיומו של מאגר מים תת־קרקעי זורם. הדרך לייצור חשמל רציף, לעומת זאת, תלויה בפתרון בעיות קשות בהרבה: מחליפי חום עמוקים וגדולים יותר, קידוח אמין בטמפרטורות גבוהות, ביצועים תרמיים לאורך שנים והוזלה דרמטית של עלויות ההון. הראיות הקיימות תומכות באופטימיות זהירה — לא בהכרזה על פריצת דרך מסחרית שכבר הוכחה בקנה מידה רחב.