Plasmafakler som smelter og forstøver stein, kan revolusjonere tunneldriving

Et selskap i San Fransisco, kalt EarthGrid, hevder de kan drive tunneler, altså fjerne stein og lage gjennomgang, hundre ganger raskere enn med tradisjonelle metoder – og redusere kostnadene med opptil 98 prosent.

Norsk Kjernekraft ser løsningen som interessant, og fredag signerer de en intensjonsavtale med selskapet.

Sjefingeniør Steffen Sæle i Norsk Kjernekraft sier at EarthGrid har gjennomført flere vellykkede tester både i USA og Canada. Bjorgmundur Gudmundsson, som er EarthGrids representant i Europa, skriver i en e-post at selskapet har signert en intensjonsavtale med myndighetene på Island og at det første reelle prosjektet starter i USA denne sommeren.

Vil smelte fjell

– For oss vil ikke behovet være der før om fire til seks år. Med intensjonsavtalen ønsker vi å bygge et forhold til dem, vi kan lettere utveksle informasjon. Så skal vi utarbeide en mulighetsstudie. For EarthGrid er det viktig å få fotfeste i Europa, sier Sæle til TU.

I patentsøknaden til EarthGrid er løsningen beskrevet som «å bruke bore- eller kuttemaskiner som bruker termisk energi, samt å rette flammer eller varme gasser fra laser», og «å rette varmesjokk mot overflaten, som resulterer i spallasjon».

Spallasjon betyr at de skal spalte atomkjerner og smelte berget i stedet for å bore eller sprenge. Smeltingen skal bidra til at tunnelen også blir tett samtidig som den drives. Hvor langt inn i berget denne prosessen må gå for å oppnå god tetting mot vannlekkasjer, og hvor energikrevende den blir, står det ingenting om.

Plasma-fakler

Det meste av berget skal bli til støv som kan suges ut, noe blir smeltet eller til lava, forteller Sæle.

– Det er lite lava, og det vil kjølne raskt. Foreløpig ser dette ut til å være håndterbart.

Patentsøknaden ble levert i 2017, og patent ble innvilget i 2020. Men patentet gjelder roboten som skal gjøre jobben, ikke selve smelteprosessen.

Her er det snakk om å bruke en plasma-fakler. Plasma er en fjerde fase (se faktaboks).

EarthGrid oppgir få detaljer på sine nettside, men i patentsøknaden går det frem at roboten skal ha 72 fakler og at hver enkelt krever minimum 500 kW. For å drive en tunnel med et tverrsnitt på 1 meter, kreves minst 40MW og opp mot 120 MW, skriver selskapet i patentsøknaden. De hevder å kunne drive opp til 1000 meter per døgn for tunneler med tverrsnitt mindre enn 2 meter og opp til 250 meter per døgn for tverrsnitt mellom 3 og 10 meter.

I en e-post skriver Gudmundsson at tallene fra patentsøkanden er konservative, og at effektbehovet i dag er om lag 8 MW for et tverrsnitt på 2,5 meter, og 30 MW om tverrsnittet øker til 8 meter.

Voldsomme temperaturer

Det amerikanske nettstedet New Atlas skriver at for å drive en tunnel med tverrsnitt 10 meter, vil behovet være 1,38 gigawatt, og aktuelle fakler opererer med en temperatur på 27.000 °C. Smeltetemperaturen til granitt er 1400 grader.

Ifølge Sæle er ikke dette på langt nær så voldsomt som det høres ut.

– Faklene stikker ut foran roboten, som ikke blir utsatt for slike temperaturer, de er det kun berget som blir utsatt for.

Grunnlegger Troy Headshots primære mål er å bruke boremetoden til tunneler med lite tverrsnitt, for kraft- og nettverkskabler. Her forklarer han metoden (på engelsk):

Stammer fra 50-tallet

Amund Bruland, som er professor ved Institutt for bygg- og miljøteknikk på NTNU med tunneldrift som et av sine fagfelt, sitter også i utviklingskomiteen i Norsk forening for fjellsprengningsteknikk. For ham er EarthGrid ukjent, men han forteller at det var noen forskere som vurderte å benytte plasma til tunneldrift på 1950- og 60-tallet.

– Den gangen var det mye penger til forskning for å bore dype hull til prøvesprengning av kjernevåpen, forteller Bruland.

Han peker på det store energibehovet som en utfordring og spør seg også om hvordan smelten skal håndteres.

Få patenter

TU har funnet noen patenter på bruk av plasma til tunneldrift, men de er få. Så langt vi har klart å bringe på det rene, er det ennå ingen som faktisk har lyktes med ordinær drift.

Sæle sier at den enorme hastigheten EarthGrid oppgir som teoretisk mulig, ikke blir nødvendig for Norsk Kjernekraft.

– Det holder at det er noe raskere enn normalt, men det viktigste her er at det har potensial for å bli mer økonomisk effektivt i tide til at vi trenger det.

Med lavere hastighet blir ikke effektbehovet like stort. Sæle sier at i første omgang er det aktuelt å drive tunneler for kabling og for kjølevann. Så avhengig av hvor mange reaktorer Norsk Kjernekraft fører opp, kan det bli aktuelt å bruke EarthGrid til å drive fjellhaller, sier Sæle.