En novembereftermiddag 2017, en jordbävning med magnituden 5,5 skakade Pohang, Sydkorea, skadar dussintals och tvingar mer än 1, 700 av stadens invånare till akutboende. Forskning visar nu att utvecklingen av ett geotermisk energiprojekt bär skulden.

"Det råder ingen tvekan, " sa Stanford geofysiker William Ellsworth. "Vanligtvis säger vi inte så inom vetenskapen, men i det här fallet, bevisen är överväldigande." Ellsworth är bland en grupp forskare, inklusive Kang-Kun Lee från Seoul National University, som publicerade en perspektivbit 24 maj i Vetenskap skisserar lärdomar från Pohangs misslyckande.

Jordbävningen i Pohang framstår som den i särklass största som någonsin har kopplats direkt till utvecklingen av vad som kallas ett förbättrat geotermiskt system, vilket vanligtvis innebär att man tvingar öppna nya underjordiska vägar för att jordens värme ska nå ytan och generera kraft. Och det kommer vid en tidpunkt då tekniken kan ge en stabil, ständigt närvarande komplement till mer petig vind- och solkraft när ett växande antal nationer och amerikanska stater driver på att utveckla energikällor med låga koldioxidutsläpp. Enligt vissa uppskattningar, det kan uppgå till så mycket som 10 procent av den nuvarande amerikanska elkapaciteten. Att förstå vad som gick fel i Pohang kan göra det möjligt för andra regioner att säkrare utveckla denna lovande energikälla.

Konventionella geotermiska resurser har genererat kraft i decennier på platser där värme och vatten från djupt underjordiska kan sprängas upp genom naturligt permeabelt berg. I Pohang, som i andra förbättrade geotermiska projekt, injektioner spräckte ogenomträngliga stenar för att skapa ledningar för värme från jorden som annars skulle förbli otillgängliga för att tillverka elektricitet.

"Vi har förstått i ett halvt sekel att denna process att pumpa upp jorden med högt tryck kan orsaka jordbävningar, sade Ellsworth, som är meddirektör för Stanford Center for Induced and Triggered Seismicity och är professor vid School of Earth, Energi- och miljövetenskaper (Stanford Earth).

Här, Ellsworth förklarar vad som misslyckades i Pohang och hur deras analys kan hjälpa till att minska riskerna för inte bara nästa generation av geotermiska anläggningar, men också frackingprojekt som bygger på liknande teknik. Han diskuterar också varför, trots dessa risker, han tror fortfarande att förbättrad geotermisk energi kan spela en roll för att tillhandahålla förnybar energi.

Hur fungerar förbättrad geotermisk teknik?

Målet med ett förstärkt geotermiskt system är att skapa ett nätverk av sprickor i hett berg som annars är för ogenomträngligt för vatten att rinna igenom. Om du kan skapa det nätverket av frakturer, sedan kan du använda två brunnar för att skapa en värmeväxlare. Du pumpar kallt vatten ner i en, jorden värmer upp den, och du utvinner varmvatten i andra änden.

Operatörer som borrar en geotermisk brunn fodrar den med ett stålrör med samma process och teknik som används för att bygga en oljekälla. En del av kal sten lämnas öppen i botten av brunnen. De pumpar in vatten i brunnen vid högt tryck, tvinga upp befintliga sprickor eller skapa nya.

Ibland gör dessa små sprickor små små jordbävningar. Problemet är när jordbävningarna blir för stora.

Vad ledde till den stora jordbävningen i Pohang, Sydkorea?

När de började injicera vätskor vid högt tryck, en brunn producerade ett nätverk av sprickor som planerat. Men vatten som injicerades i den andra brunnen började aktivera ett tidigare okänt förkastning som gick rakt igenom brunnen.

Tryck som migrerade in i förkastningszonen minskade de krafter som normalt skulle göra det svårt för förkastningen att röra sig. Små jordbävningar dröjde kvar i veckor efter att operatörerna stängde av pumparna eller drog tillbaka trycket. Och jordbävningarna blev större ju längre tiden gick.

Det borde ha erkänts som ett tecken på att det inte skulle krävas en mycket stor kick för att utlösa en kraftig jordbävning. Detta var en särskilt farlig plats. Trycket från vätskeinjektionerna gav till slut sparken.

Vilka är de nuvarande metoderna för att övervaka och minimera hotet om jordbävningar i samband med vätskeinjektion för geotermiska eller andra typer av energiprojekt?

Civila myndigheter över hela världen vill i allmänhet inte att borrning och injektion ska orsaka jordbävningar som är tillräckligt stora för att störa människor. I praktiken, myndigheter och borrare tenderar att fokusera mer på att förhindra små jordbävningar som kan kännas snarare än på att undvika den mycket mindre sannolika händelsen av en jordbävning som är stark nog att orsaka allvarlig skada.

Med detta i åtanke, många projekt sköts med hjälp av ett så kallat trafikljussystem. Så länge jordbävningarna är små, då har du grönt ljus och du går vidare. Om jordbävningarna börjar bli större, sedan justerar du operationerna. Och om de blir för stora så slutar du, åtminstone tillfälligt. Det är det röda ljuset.

Många geotermiska, olje- och gasprojekt har också styrts av en hypotes att så länge du inte lägger mer än en viss volym vätska i en brunn, du kommer inte få jordbävningar över en viss storlek. Det kan finnas en viss sanning i det på vissa ställen, men upplevelsen i Pohang säger oss att det inte är hela historien.

Hur skulle ett bättre tillvägagångssätt se ut?

Potentialen för en skenande eller utlöst jordbävning måste alltid beaktas. Och det är viktigt att överväga det ur linsen av utvecklande risk snarare än fara. Fara är en potentiell källa till skada eller fara. Risk är möjligheten till förlust orsakad av skada eller fara. Tänk på det så här:En jordbävning så stor som Pohang utgör samma fara oavsett om den inträffar i en tätbefolkad stad eller en obebodd öken. Men risken är mycket högre i stan.

Sannolikheten för en allvarlig händelse kan vara liten, men det måste erkännas och tas med i beslut. Kanske skulle du bestämma dig för att detta inte alls är en så bra idé.

Till exempel, om det finns risk för en jordbävning på magnituden 5,0 innan projektet startar, sedan kan du uppskatta de skador och skador som kan förväntas. Om vi ​​kan tilldela en sannolikhet för jordbävningar av olika magnituder, sedan kan civila myndigheter besluta om de vill acceptera risken eller inte och på vilka villkor.

Allt eftersom projektet fortskrider, dessa samtal måste fortsätta. Om ett fel aktiveras och risken för en skadlig jordbävning ökar, civila myndigheter och projektledare kan säga, "var gjort."

Från allt du har lärt dig om vad som hände i Pohang, tror du att en förbättrad geotermisk utveckling borde sakta ner?

Naturliga geotermiska system är en viktig källa till ren energi. Men de är sällsynta och ganska mycket utnyttjade. Om vi ​​kan ta reda på hur vi på ett säkert sätt kan utveckla kraftverk baserade på förbättrad geotermisk systemteknik, det kommer att ha enorma fördelar för oss alla som ett koldioxidsnålt alternativ för el och uppvärmning.