Chińska pętla geotermalna na głębokości 2500 metrów. CO₂ zamiast wód gruntowych

Chiński projekt geotermalny w Zhengzhou jest przede wszystkim demonstracją ogrzewania, a nie elektrownią. Uruchomiony 19 maja 2026 roku system China Huaneng wykorzystuje szczelny odwiert o głębokości około 2500 metrów. Krążący w nim dwutlenek węgla odbiera ciepło od otaczających skał, a następnie przekazuje je osobnemu obiegowi wody używanej do ogrzewania budynków. 613

To ważny etap, ponieważ pokazuje możliwość pozyskiwania ciepła geotermalnego bez wydobywania wód gruntowych. Nie jest jednak dowodem na to, że geotermia w zamkniętej pętli już dziś zapewnia tanią, całodobową energię elektryczną.

Jak działa instalacja w Zhengzhou?

Odwiert ma konstrukcję współosiową. Jedna ścieżka przewodu transportuje względnie chłodny, sprężony CO₂ w dół, a druga odprowadza ogrzany płyn z powrotem na powierzchnię. Na dużej głębokości ciepło z formacji skalnej przenika przez konstrukcję odwiertu do krążącego dwutlenku węgla. Na powierzchni powracający CO₂ oddaje energię wodzie z obiegu grzewczego. Sam dwutlenek węgla pozostaje w zamkniętym układzie i nie miesza się z formacją skalną. 6713

To odróżnia ten system od klasycznych instalacji hydrotermalnych. W takich elektrowniach pobiera się naturalnie gorącą wodę z przepuszczalnego podziemnego zbiornika, a następnie zwykle zatłacza ją z powrotem. Zamknięta pętla może natomiast wykorzystywać ciepło zgromadzone w skałach nawet tam, gdzie przepływ wód podziemnych jest zbyt mały dla tradycyjnej geotermii.

Dlaczego CO₂ zamiast wody?

W projekcie zastosowano nadkrytyczny dwutlenek węgla jako czynnik transportujący ciepło. W odpowiednich warunkach ciśnienia i temperatury CO₂ łączy właściwości kojarzone z gazem — dużą ruchliwość — oraz z cieczą, między innymi większą gęstość. Według przedstawianego uzasadnienia inżynieryjnego może dzięki temu krążyć w głębokim odwiercie przy stosunkowo małych oporach przepływu, skutecznie przenosząc ciepło. 613

Ogrzewanie CO₂ może również wspierać efekt termosyfonu. Gdy płyn staje się cieplejszy podczas wznoszenia, jego gęstość spada w stosunku do chłodniejszego strumienia opadającego. Ta różnica może pomagać w napędzaniu obiegu i ograniczać pracę pomp. Nie oznacza to jednak, że urządzenia powierzchniowe przestają być potrzebne ani że koszty eksploatacji automatycznie będą niskie.

Potencjalne zalety zamkniętej konfiguracji to:

• brak konieczności pobierania i zatłaczania wód gruntowych;
• odizolowanie czynnika roboczego od otaczającej formacji;
• ograniczenie części problemów związanych z osadami mineralnymi i obsługą gorącej solanki;
• możliwość wykorzystania geotermii w regionach z gorącymi skałami, ale słabą naturalną przepuszczalnością zbiornika. 613

Są to jednak zalety całego systemu, a nie gwarancja opłacalności. Ciepło nadal musi przenikać przez skały i ściany odwiertu wystarczająco szybko, aby instalacja mogła osiągnąć wymaganą moc.

Jakie wyniki osiągnięto w Zhengzhou?

Publiczne informacje mówią, że CO₂ wpływa do systemu w temperaturze około 8°C, a wraca z temperaturą około 22°C. W porównaniu z rozwiązaniem wykorzystującym wodę projekt ma zwiększać zdolność odbioru ciepła o około 20 proc. i zmniejszać jednostkowe zużycie energii na ogrzewanie o około 10 proc. Instalacja została zaprojektowana do zimowego, centralnego ogrzewania ponad 18 tys. m² powierzchni mieszkalnej. 3613

To użyteczne zastosowanie grzewcze, ale nie oznacza produkcji prądu. Podana temperatura powrotu jest typowa dla skali ogrzewania, a dostępne materiały nie pokazują, by projekt w Zhengzhou wytwarzał energię elektryczną.

Warto też zachować ostrożność przy określeniu „nadkrytyczny CO₂”. Opisuje ono koncepcję czynnika roboczego i jego stan w określonych warunkach ciśnienia oraz temperatury. Publicznie dostępne podsumowania nie przedstawiają pełnego profilu ciśnienia i temperatury w każdej części podziemnego obiegu. Jeden z wtórnych opisów podaje inne wartości temperatur na wejściu i wyjściu, dlatego często powtarzany wynik 8–22°C należy traktować jako raportowany parametr pracy, a nie kompletny opis termodynamiczny instalacji. 34

Czy taka technologia może dostarczać prąd przez całą dobę?

Ciepło geotermalne jest dostępne w sposób ciągły — w przeciwieństwie do energii wiatrowej i słonecznej, zależnych od pogody i pory dnia. W teorii zamknięta pętla docierająca do dostatecznie gorących skał i zapewniająca odpowiedni przepływ mogłaby dostarczać stabilne ciepło, a przy wyższych temperaturach także energię elektryczną.

Projekt w Zhengzhou jeszcze tego nie pokazuje. Produkcja prądu wymaga znacznie większego przepływu użytecznego ciepła oraz temperatur odpowiednich dla obiegu konwersji energii. Obecna instalacja służy do ogrzewania mieszkań, więc twierdzenie, że dowiodła już możliwości całodobowej produkcji energii geotermalnej, wykraczałoby poza dostępne dowody.

Jeszcze większym znakiem zapytania pozostaje ekonomia. Modele wskazują, że systemy zamkniętej pętli mogą osiągać konkurencyjny koszt ciepła, natomiast konkurencyjny koszt energii elektrycznej zwykle wymaga znacznego obniżenia kosztów wiercenia. W osobnym badaniu stwierdzono, że symulowane systemy przy temperaturze zbiornika 180°C mogłyby nie odzyskać kosztów w całym cyklu życia nawet przy 30 odgałęzieniach i przepływie produkcyjnym 75 kg/s.

Po co projektuje się głębsze odwierty w kształcie litery U?

Pojedynczy odwiert współosiowy ma stosunkowo ograniczoną powierzchnię wymiany ciepła. Głębsza konstrukcja U-loop ma zwiększyć tę powierzchnię dzięki dwóm pionowym odcinkom połączonym długim poziomym fragmentem przebiegającym przez gorące skały. Dłuższa droga pod ziemią oznacza większy kontakt z formacją i potencjalnie większą ilość ciepła przekazywanego krążącemu płynowi.

Taka geometria odpowiada na podstawowe ograniczenie systemów z jednym odwiertem: aby przez wiele lat uzyskiwać użyteczną moc, potrzeba odpowiednio dużej powierzchni kontaktu ze skałami, wysokiej temperatury i stabilnego przepływu. Jednocześnie wiercenia kierunkowe zwiększają złożoność wykonania, ryzyko techniczne i nakłady inwestycyjne. Dostępne materiały nie potwierdzają dokładnej głębokości, wydajności, statusu budowy ani kosztu konkretnego głębszego chińskiego projektu w kształcie litery U. Należy więc traktować go jako kierunek rozwoju, a nie sprawdzone rozwiązanie komercyjne.

Najważniejsze bariery techniczne i ekonomiczne

Problemem nie jest samo znalezienie gorących skał. Kluczowe wyzwanie polega na stworzeniu trwałego, wydajnego podziemnego wymiennika ciepła za cenę, którą można odzyskać ze sprzedaży ciepła lub energii elektrycznej.

Najważniejsze przeszkody to:

• koszt głębokich wierceń oraz wykonywania odcinków kierunkowych i wieloodgałęzieniowych;
• konieczność uzyskania odpowiednio dużej powierzchni wymiany ciepła pod ziemią;
• utrzymanie integralności odwiertu i szczelności połączeń w wysokiej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem;
• kontrola korozji, strat ciepła i zachowania CO₂;
• ograniczenie niepożądanego „skracania” drogi cieplnej między strumieniem opadającym a powracającym;
• rozwój wiertnic, świdrów, narzędzi otworowych i materiałów odpornych na trudne warunki głębokich skał.

W przeglądzie opublikowanym w „Nature” koszt pojedynczego zestawu odwiertów wieloodgałęzieniowych w niektórych warunkach oszacowano na około 50–100 mln dolarów. Rentowność zależy przy tym zarówno od uzyskiwanej mocy, jak i lokalnego popytu. Autorzy wskazują również na fundamentalne ograniczenie: w zamkniętej pętli wymiana energii opiera się głównie na przewodzeniu ciepła z otaczających skał, które jest wolniejsze niż konwekcja w naturalnie przepływającym zbiorniku geotermalnym.

To jeden z powodów, dla których ciepłownictwo może stać się wcześniejszym zastosowaniem komercyjnym niż energetyka. Instalacja może sprzedawać ciepło o umiarkowanej temperaturze bezpośrednio pobliskim budynkom. Elektrownia potrzebuje natomiast gorętszego zasobu, większego przepływu i droższego systemu konwersji.

Co pokazuje projekt Eavor w Niemczech?

Ważnym punktem odniesienia jest projekt firmy Eavor w Geretsried w Bawarii. 4 grudnia 2025 roku zaczął on dostarczać energię elektryczną do niemieckiej sieci z uszczelnionego, wieloodgałęzieniowego systemu geotermalnego w zamkniętej pętli — jako pierwszy zgłoszony komercyjny projekt tego rodzaju.

Pełna projektowa moc instalacji jest szacowana na około 8,2 MW energii elektrycznej i 64 MW ciepła. Pętle wykorzystują długie podziemne otwory, zamiast polegać na naturalnie produktywnym zbiorniku gorącej wody. W marcu 2026 roku działała jednak pierwsza z czterech planowanych pętli. Projekt jest więc istotnym dowodem technicznej wykonalności, ale jego pełna rozbudowa i ekonomika pozostają ważnymi, nierozstrzygniętymi kwestiami. 17

Zhengzhou i Geretsried pokazują dwa etapy rozwoju tej samej idei. Chiny demonstrują szczelny obieg CO₂ wykorzystywany do praktycznego ogrzewania. Niemcy pokazują, że wieloodgałęzieniowa zamknięta pętla może dostarczać energię elektryczną do sieci. Żaden z tych projektów nie dowodzi jednak, że głęboka geotermia zamkniętej pętli jest tania, możliwa do wdrożenia wszędzie albo gotowa zastąpić konwencjonalne źródła energii.

Wniosek

Projekt w Zhengzhou najlepiej opisywać jako praktyczny test zasady „pozyskiwać ciepło bez pobierania wody”. Odwiert współosiowy o głębokości 2500 metrów, szczelny obieg CO₂, deklarowany wzrost zdolności odbioru ciepła o około 20 proc. i ogrzewanie ponad 18 tys. m² pokazują, dlaczego rozwiązanie przyciąga uwagę. 613

Technologia może w przyszłości rozszerzyć zasięg geotermii, oddzielając odzysk ciepła od konieczności korzystania z naturalnie przepływających wód podziemnych. Droga do całodobowej produkcji energii elektrycznej jest jednak trudniejsza. Wymaga głębszych i większych wymienników, niezawodnych wierceń wysokotemperaturowych, stabilnej wydajności przez wiele lat oraz zdecydowanie niższych kosztów kapitałowych. Dotychczasowe dane uzasadniają ostrożny optymizm, ale nie świadczą jeszcze o przełomie komercyjnym udowodnionym na dużą skalę.