Geotermia supergorąca (ang. Super Hot Rock, SHR) to jedna z najbardziej obiecujących technologii przyszłości w energetyce. W przeciwieństwie do konwencjonalnych systemów geotermalnych, wykorzystuje ona ekstremalnie wysokie temperatury występujące głęboko w skorupie ziemskiej – często przekraczające 400°C. Dzięki temu potencjalnie pozwala uzyskać wielokrotnie więcej energii z pojedynczego odwiertu niż obecnie stosowane rozwiązania. Jednocześnie jej rozwój wiąże się z istotnymi wyzwaniami.
Warunki nadkrytyczne występują często w pobliżu strefy przejściowej między zachowaniem kruchym a ciągliwym skał w skorupie ziemskiej, gdzie chłodniejsze, kruche skały przechodzą w gorętsze, bardziej plastyczne. Powyżej temperatury 374°C i ciśnienia 221 barów woda osiąga stan nadkrytyczny, w którym zanika rozróżnienie między fazą ciekłą a gazową.
Płyny nadkrytyczne charakteryzują się bardzo wysoką zawartością energii (entalpią) oraz korzystnymi właściwościami transportowymi, co sprawia, że mogą potencjalnie zrewolucjonizować sektor energetyczny.
W tym artykule wyjaśniamy, na czym polega ten potencjał i co dziś ogranicza jego wykorzystanie.
Co oferuje geotermia supergorących skał?
🔹 Wysoka zawartość energii w płynie (entalpia)
Płyny w warunkach supergorących i nadkrytycznych charakteryzują się bardzo wysoką zawartością energii (entalpią), co potencjalnie umożliwia uzyskanie wielokrotnie większej ilości energii elektrycznej z pojedynczego odwiertu niż w przypadku konwencjonalnych systemów geotermalnych. Według prognoz firmy AltaRock Energy możliwe jest uzyskanie rzędu 25–45 MWe z jednego odwiertu produkcyjnego w sprzyjających warunkach. Dla porównania, obecnie typowy odwiert geotermalny dostarcza ok. 5–10 MW mocy elektrycznej, a pole geotermalne Reykjanes na Islandii (jedno z najgorętszych eksploatowanych obecnie) – obejmuje 12 odwiertów produkujących łącznie ok. 100 MWe.
🔹 Niewielka powierzchnia zajętego terenu
Wysoka gęstość energetyczna zasobów SHR oznacza możliwość uzyskania dużej ilości energii z relatywnie niewielkiego obszaru. Instalacje powierzchniowe ograniczają się głównie do infrastruktury odwiertów, turbin i generatorów, co przekłada się na stosunkowo niewielki ślad przestrzenny w porównaniu z innymi źródłami energii. Systemy korzystające z SHR to jedno z najbardziej skoncentrowanych dostępnych źródeł energii.
🔹 Szeroka dostępność zasobów
W przeciwieństwie do konwencjonalnych systemów geotermalnych, geotermia supergorących skał ma znacznie szersze zastosowanie geograficzne. Wysokie temperatury występują bowiem w głębokich partiach skorupy ziemskiej niemal na całym świecie (patrz rys.1). Oznacza to, że przy odpowiednim rozwoju technologii wiercenia oraz tworzenia rezerwuarów SHR może przekształcić geotermię z lokalnego źródła energii w rozwiązanie o potencjale globalnym.
🔹 Niewielkie zużycie wody
W przypadku technologii EGS (Enhanced Geothermal Systems) w gorących suchych skałach konieczne jest zatłaczanie wody do systemu szczelin podziemnych. Przewiduje się jednak, że zużycie wody może być ograniczone dzięki kondensacji pary i jej ponownemu wykorzystaniu w obiegu. W systemach zamkniętych, takich jak AGS (Advanced Geothermal Systems), czynnik roboczy krąży w obiegu zamkniętym, co dodatkowo minimalizuje straty.
🔹 Minimalne ryzyko dla wody pitnej
Zatłaczanie płynów odbywa się na głębokościach rzędu kilku kilometrów, podczas gdy zasoby wody pitnej występują zazwyczaj znacznie płycej (ok. 100–200 m). Warstwy skał o niskiej przepuszczalności mogą stanowić skuteczną barierę izolacyjną, choć kluczowe znaczenie ma odpowiednie projektowanie i monitoring systemu.
🔹 Ekonomiczna produkcja ciepła i prądu
W dostępnych analizach wskazuje się, że w przyszłości dojrzałe technologie wykorzystujące supergorące skały mogą umożliwić produkcję energii elektrycznej w kosztach rzędu 20–35 USD/MWh. Docelowo energia geotermalna z supergorących skał ma kosztować tyle, co energia wyprodukowana z gazu ziemnego oraz promieni słonecznych.
🔹 Niska emisja i ograniczony wpływ na środowisko
Geotermia supergorących skał (SHR) charakteryzuje się bardzo niską emisją gazów cieplarnianych w całym cyklu życia instalacji, co wynika z braku procesu spalania paliw kopalnych. Dodatkowo, dzięki możliwości pracy w systemach zamkniętych oraz niewielkiemu zapotrzebowaniu na powierzchnię, wpływ na środowisko naturalne może być relatywnie ograniczony w porównaniu z innymi źródłami energii. SHR stanowi potencjalnie jedno z bardziej zrównoważonych rozwiązań w kontekście długoterminowej transformacji energetycznej.
🔹 Możliwość produkcji wodoru
Energia pozyskiwana z systemów SHR może być wykorzystywana nie tylko do produkcji energii elektrycznej, ale również do wytwarzania wodoru. Wysokie temperatury dostępne w tych systemach mogą zwiększać efektywność takich procesów.
🔹 Potencjalna możliwość wykorzystania w przemyśle wysokotemperaturowym
Temperatury dostępne w systemach SHR (często przekraczające 400°C) stwarzają możliwość ich bezpośredniego wykorzystania w procesach przemysłowych wymagających dużych ilości ciepła. Dotyczy to m.in. produkcji stali, cementu, chemikaliów czy paliw syntetycznych. W odróżnieniu od wielu innych odnawialnych źródeł energii, które dostarczają głównie energię elektryczną, SHR może potencjalnie częściowo wesprzeć dekarbonizację sektorów przemysłu trudnych do elektryfikacji.
Główne wyzwania – potrzebne innowacje dla komercjalizacji SHR
🔹 Lokalizacja i charakterystyka złóż
Obecnie brakuje wystarczających danych, które pozwalałyby jednoznacznie powiązać sygnały geofizyczne (takie jak prędkości fal sejsmicznych czy przewodnictwo elektryczne) z rzeczywistymi warunkami w głębokim ośrodku skalnym (temperatura, naprężenia, przepuszczalność) w środowiskach skał supergorących. Wypełnienie tej luki wymaga zarówno dalszych eksperymentów laboratoryjnych, jak i testów terenowych w rzeczywistych warunkach. Choć wiele metod geofizycznych jest już dostępnych, nie zostały one dokładnie przetestowane w środowiskach specyficznych dla SHR.
🔹 Odporność materiałów
Odwierty w skałach, gdzie temperatury przy wysokim ciśnieniu przekraczają 400°C, stanowią poważne wyzwanie dla materiałów stosowanych w geotermii – w tym obudowy otworów, cementu oraz narzędzi wiertniczych. W dotychczasowych próbach sięgania do takich warunków jedną z głównych przyczyn niepowodzeń było uszkodzenie obudowy odwiertów. Sporym problemem są także korozja i awarie narzędzi pomiarowych.
- Połączenia sekcji w odwiertach – połączenia między sekcjami obudowy odwiertu są szczególnie narażone na ekstremalne naprężenia termiczne. Tradycyjne połączenia gwintowe mogą ulegać degradacji, co czyni je potencjalnymi punktami awarii. Wymaga to rozwoju nowych rozwiązań konstrukcyjnych.
- Sprzęt do stymulacji złoża – w przypadku wykorzystania technologii EGS kluczowe znaczenie ma rozwój sprzętu do stymulacji złoża. Urządzenia te muszą być zdolne do pracy w ekstremalnych warunkach, umożliwiając wieloetapowe szczelinowanie przy zachowaniu długoterminowej stabilności złoża. Obecnie większość stosowanych materiałów i narzędzi ma ograniczenia temperaturowe rzędu 200–350°C.
- Zawory głowicy odwiertu – zawory głowicowe są jednym z newralgicznych elementów instalacji geotermalnych. Długoterminowe testy są kluczowe dla oceny trwałości obecnych rozwiązań oraz identyfikacji koniecznych ulepszeń.
- Alternatywne materiały cementujące – w systemach zamkniętych (AGS) kluczowym wyzwaniem jest opracowanie nowych materiałów cementujących, które zapewnią zarówno wysoką przewodność cieplną, jak i długoterminową integralność strukturalną.
🔹 Obudowa odwiertu
Uszkodzenia obudowy odwiertów stanowią jedną z głównych przyczyn niepowodzeń w projektach sięgających warunków SHR. Standardowe materiały stosowane w geotermii są projektowane dla temperatur rzędu 150–300°C, co jest niewystarczające dla systemów supergorących. Dodatkowym problemem są duże zmiany temperatury – od warunków podczas cementowania (często poniżej 100°C) do temperatur eksploatacyjnych, które przekraczają 400°C. Takie różnice prowadzą do powstawania znacznych naprężeń termicznych, skutkujących deformacjami i uszkodzeniami obudowy.
🔹 Technologia wiercenia
Rozwój geotermii supergorących skał wymaga innowacyjnych technologii wiercenia, które umożliwią ekonomiczne osiąganie dużych głębokości przy ekstremalnych warunkach temperaturowych. Obecnie kilka firm pracuje nad nowymi metodami wiercenia, w tym technologiami alternatywnymi wobec klasycznych metod mechanicznych. Tradycyjne technologie wiertnicze penetrują skały krystaliczne zbyt wolno, co znacząco wpływa na koszty. Ponadto większość narzędzi do wierceń wgłębnych jest ograniczona temperaturowo – standardowo do ok. 150-175°C (niektóre do 200-225°C).
🔹 Narzędzia do zasilania i teledetekcji w otworze wiertniczym
Dotarcie do warunków SHR najprawdopodobniej będzie wymagało dostarczania energii bezpośrednio do otworu wiertniczego, szczególnie w przypadku alternatywnych technologii wiercenia, takich jak wiercenie plazmowe, spallacja termiczna czy wykorzystanie fal milimetrowych. Energia w otworze jest również niezbędna do prowadzenia pomiarów i monitoringu. Narzędzia teledetekcyjne pozwalają identyfikować strefy spękań i przepuszczalności oraz kontrolować integralność odwiertu. Obecne czujniki i elektronika mają jednak ograniczoną odporność na ekstremalne warunki temperaturowe i ciśnieniowe. Trwają prace nad rozwiązaniami obejmującymi m.in. zaawansowaną izolację termiczną, systemy chłodzenia oraz nowe materiały odporne na wysokie temperatury.
🔹 Kontrola korozji i chemii płynów
Płyny w warunkach nadkrytycznych mogą być silnie agresywne chemicznie, co przyspiesza korozję elementów instalacji. Doświadczenia z projektów takich jak Iceland Deep Drilling Project (IDDP) wskazują, że szczególnie problematyczna jest kondensacja pary zawierającej gazy kwaśne, takie jak HCl. Podczas kondensacji składniki te rozpuszczają się w wodzie, tworząc środowisko silnie korozyjne. Z tego względu dąży się do ograniczenia zjawiska kondensacji, choć w praktyce – zwłaszcza podczas rozruchu i zmian warunków pracy – jest to niemal niemożliwe do całkowitego wyeliminowania. Dodatkowym wyzwaniem jest wytrącanie krzemionki. Jej rozpuszczalność rośnie wraz z ciśnieniem, dlatego spadek ciśnienia podczas eksploatacji może prowadzić do jej odkładania się w formacjach skalnych oraz instalacjach powierzchniowych.
🔹 Modelowanie przepływu i procesów w złożu
Ograniczona wiedza na temat zachowania płynów i ich interakcji ze skałami w warunkach nadkrytycznych utrudnia tworzenie wiarygodnych modeli złożowych. Modele rozwinięte dla przemysłu naftowego i gazowego nie uwzględniają w pełni specyfiki płynów nadkrytycznych ani sprzężonych procesów termicznych, hydraulicznych, mechanicznych i chemicznych zachodzących długoterminowo. W związku z tym konieczny jest rozwój nowych narzędzi modelowania termohydraulicznego oraz ich walidacja w oparciu o dane eksperymentalne i terenowe.
🔹 Tworzenie rezerwuarów ciepła
Jednym z kluczowych wyzwań dla rozwoju systemów SHR jest efektywne tworzenie i kontrola rezerwuarów ciepła. Proces ten obejmuje zarówno aktywację istniejących szczelin, jak i – w niektórych przypadkach – tworzenie nowych, przy jednoczesnym dążeniu do minimalizacji ryzyka sejsmicznego. W celu lepszego zrozumienia zachowania skał w takich warunkach prowadzone są zaawansowane badania laboratoryjne.
🔹 Trzęsienia ziemi
Sejsmiczność indukowana pozostaje jednym z głównych wyzwań. Choć odpowiedni monitoring i zaawansowane podejścia inżynierskie pozwalają znacząco ograniczyć ryzyko, zdaniem naukowców, nie można go całkowicie wyeliminować. Ryzyko sejsmiczne w systemach SHR pozostaje trudne do jednoznacznego oszacowania – szczególnie w pobliżu strefy przejścia krucho-plastycznego (ang. Brittle-to-Ductile Transition Zone, BDTZ). Część badań wskazuje na potencjalnie niższe ryzyko w tych warunkach, inne sugerują jego wzrost, co widocznie podkreśla istniejące luki w wiedzy.
🔹 Produkcja energii elektrycznej na powierzchni
Wdrożenie do użytkowania supergorącej pary będzie wymagało zastosowania turbin parowych przystosowanych do pracy przy bardzo wysokich temperaturach i ciśnieniach. Analizy oraz konsultacje z dostawcami wskazują, że wiele kluczowych komponentów niezbędnych do budowy elektrowni SHR już istnieje i osiąga wysoki poziom gotowości technologicznej (TRL 9). Mimo to integracja tych elementów w działający system nadal stanowi wyzwanie i nie jest jeszcze dostępna komercyjnie.
🔹 Koszty i ryzyko finansowe
Głębokie odwierty wiążą się z bardzo wysokimi nakładami inwestycyjnymi, często sięgającymi wielu milionów dolarów. Jednocześnie niepewność dotycząca warunków geologicznych (temperatury, przepuszczalności, głębokości) zwiększa ryzyko niepowodzenia. W efekcie instytucje finansowe podchodzą do tego typu projektów zachowawczo, wymagając wiarygodnych analiz ekonomicznych oraz długoterminowych perspektyw zwrotu z inwestycji.
🔹 Brak powszechnych definicji
Definicje systemów „supergorących” i „nadkrytycznych” nie są jeszcze ustandaryzowane, co utrudnia porównywanie projektów oraz ocenę ich opłacalności. Dodatkowo w wielu krajach brakuje dedykowanych ram prawnych dla tego typu projektów, co stanowi trudność w egzekwowaniu ich rozwoju.
Co może pomóc pokonać te wyzwania?
🔹 Inwestycje w nowe metody wierceń
Wiercenie stanowi największy koszt projektów geotermalnych – czasami sięgający 70% całkowitych nakładów inwestycyjnych – dlatego kluczowe znaczenie ma rozwój technologii w tym obszarze. Inwestycje w zaawansowane, innowacyjne metody wierceń, takie jak wiercenie plazmowe, spallacyjne czy falą milimetrową, mogą całkowicie zrewolucjonizować nasze dotychczasowe możliwości wykorzystania ciepła ziemi.
🔹 Współpraca międzynarodowa
Wzmocnienie współpracy między instytucjami geotermalnymi, sektorem ropy i gazu oraz jednostkami badawczymi może znacząco przyspieszyć rozwój technologii SHR. Postęp w tym obszarze wymaga zaangażowania nie tylko środowiska naukowego, ale również przemysłu i administracji publicznej. Kluczowe znaczenie ma wymiana danych i doświadczeń, czego przykładem są działania podejmowane m.in. w Islandii i Nowej Zelandii.
🔹 Nowatorskie materiały i rozwiązania technologiczne
Wśród obiecujących kierunków rozwoju znajdują się m.in.:
- powłoki ochronne (ang. laser cladding) – zwiększające odporność materiałów na korozję;
- zaawansowane materiały konstrukcyjne, takie jak stopy tytanu lub wysokowytrzymałe stopy stali – mogąc pomóc rozwiązać problem korozji; materiały te są jednak kosztowne, aby produkcja energii była ekonomicznie opłacalna, konieczne może okazać się poszukiwanie tańszych rozwiązań;
- rury o podwyższonej odporności na zgniatanie wraz z wysokowydajnymi, gwintowanymi złączami – charakteryzują się gazoszczelnością zgodną z normami CAL-IV, 100% sprawnością sprężania oraz odpornością na zginanie;
- elastyczne złączki (ang. flexible couplings) – – umożliwiające kompensację naprężeń termicznych;
- cementy piankowe (ang. cement foam) – wspierające utrzymanie integralności odwiertu w warunkach wysokich temperatur, łagodząc naprężenia wywołane wysoką temperaturą.
Równolegle konieczne są dalsze badania laboratoryjne nad zachowaniem materiałów w temperaturach przekraczających 350°C, a także ich testy w warunkach terenowych.
🔹 Innowacje z sektora ropy i gazu
Rozwój geotermii supergorących skał będzie w dużej mierze opierał się na doświadczeniach sektora naftowego i gazowego. Do najważniejszych potrzeb należą m.in. udoskonalenie wierceń kierunkowych, opracowanie materiałów wysokotemperaturowych oraz systemów chłodzenia narzędzi.
🔹 Nowe odwierty i dane geologiczne
Zmniejszenie ryzyka inwestycyjnego wymaga lepszego rozpoznania zasobów – ich lokalizacji, temperatury oraz potencjalnej produktywności. Kluczową rolę odgrywa tu realizacja nowych odwiertów badawczych, które dostarczają bezpośrednich danych o warunkach podpowierzchniowych.
🔹 Testy w zbiornikach geotermalnych
Osiągnięcie warunków supergorących często wiąże się z koniecznością operowania w strefie przejścia krucho-plastycznego (BDTZ), gdzie właściwości skał ulegają istotnym zmianom. Badania prowadzone zarówno w warunkach laboratoryjnych, jak i w naturalnych środowiskach geologicznych są niezbędne dla lepszego zrozumienia zachodzących procesów oraz do walidacji modeli numerycznych.
🔹 Finansowanie badań i demonstracji
Komercjalizacja technologii SHR wymaga intensywnych działań badawczo-rozwojowych oraz realizacji projektów demonstracyjnych. Instrumenty takie jak granty, fundusze publiczne czy partnerstwa publiczno-prywatne mogą znacząco ograniczyć ryzyko inwestycyjne. Szczególnie, że jednym z największych wyzwań wciąż pozostaje finansowanie odwiertów poszukiwawczych, które obarczone są wysokim ryzykiem geologicznym.
🔹 Edukacja
Pomimo rosnącego zainteresowania geotermią, potencjał systemów SHR nadal nie jest rozpowszechniony – zarówno wśród decydentów, jak i opinii publicznej. Upowszechnianie wiedzy na ten temat może przyczynić się do zwiększenia akceptacji społecznej oraz przyspieszenia inwestycji i badań w tym obszarze.
🔹 Standaryzacja
Rozwój geotermii supergorących skał wymaga ustanowienia jasnych definicji, standardów oraz najlepszych praktyk. Równocześnie konieczne jest stworzenie odpowiednich ram regulacyjnych, które umożliwią bezpieczny rozwój projektów oraz zwiększą zaufanie inwestorów i społeczeństwa.
Jaka przyszłość czeka geotermię SHR?
Wyzwania związane z wykorzystaniem supergorących zasobów geotermalnych wynikają przede wszystkim z ekstremalnych temperatur, agresywnego środowiska chemicznego oraz ograniczeń obecnych technologii wiercenia. Rozwój SHR zależy w większym stopniu od postępów inżynieryjnych niż od fundamentalnych przełomów naukowych.
Jeśli opisane powyżej bariery zostaną pokonane, geotermia supergorąca może stać się jednym z najbardziej wydajnych i stabilnych źródeł energii dostępnych dla przyszłych systemów energetycznych.
Źródła
1. “The concept of the Japan Beyond-Brittle Project (JBBP) to develop EGS reservoirs in ductile zones”, Hiroshi Asanuma, Hirofumi Muraoka, Noriyoshi Tsuchiya, Hisao Ito, 2012
2. “Towards Utilization of Superhot Geothermal Resources – the IDDP Project and Beyond”, Gunnar Gunnarsson, Arna Pálsdóttir, Kolbrún Ragna Ragnarsdóttir, Þráinn Friðriksson, 2024
3. https://www.beehive.govt.nz/release/government-gaining-ground-pursuit-supercritical-geothermal-energy (dostęp 04.03.2026)
4. https://www.catf.us/2025/07/introduction-next-clean-energy-frontier-superhot-rock-review-past-ventures-ongoing-research-activities/ (dostęp 04.03.2026)
5. https://www.catf.us/shr-map/ (dostęp 04.03.2026)
6. https://www.catf.us/2025/09/an-introduction-to-the-next-clean-energy-frontier-successes-from-the-iceland-deep-drilling-project/ (dostęp 04.03.2026)
7. https://www.superhotrock.org/ (dostęp 04.03.2026)
8. https://www.thinkgeoenergy.com/new-zealand-and-iceland-sign-cooperation-agreement-on-geothermal-development/ (dostęp 04.03.2026)
9. https://www.beehive.govt.nz/release/nz-and-iceland-collaborate-geothermal-energy (dostęp 04.03.2026)
10. https://www.resources.org/common-resources/incentivizing-superhot-rock-geothermal-exploration/ (dostęp 08.03.2026)
11. https://www.washingtonpost.com/climate-solutions/2025/11/19/volcano-geothermal-energy/ (dostęp 08.03.2026)
12. https://www.thinkgeoenergy.com/superhot-rock-geothermal-the-holy-grail-for-geothermal/ (dostęp 08.03.2026)
13. https://geothermalnextgeneration.com/ (dostęp 09.03.2026)
14. https://www.nedo.go.jp/english/index.html (dostęp 12.03.2026)
15. “Supercritical Geothermal: Resources, Drilling Experience, and Technological Gaps”, William Kibikas, Tatiana Pyatina, Meng Meng, Eva Schill, Nicole Taverna, Scott Mello, Travis Broadhurst, Patrick Dobson, 2026
16. https://www.iea-gia.org/emerging-geothermal-technologies (dostęp 14.03.2026)
17. Superhot Rock Geothermal, A Vision for Zero-Carbon Energy “Everywhere”, L. Bruce Hill, 2021
(https://www.catf.us/wp-content/uploads/2021/09/CATF_SuperhotRockGeothermal_Report.pdf)
18. “IDDP-1 Drilled Into Magma – World’s First Magma-EGS System Created”, Guðmundur Ómar Friðleifsson, Bjarni Pálsson, Albert L. Albertsson, Björn Stefánsson, Einar Gunnlaugsson, Jónas Ketilsson, Þór Gíslason, 2015
19. “Gaps, challenges, and pathways forward for superhot rock geothermal: summary report”, Hill, Jenna, Terra Rogers, and Megan Sever, 2025
20. “Sub- and Supercritical Geothermal Fluids – A Global Database”, Eva Schill, William Kibikas, Tatiana Pyatina, Meng Meng, Nicole Taverna, Scott Mello, Travis Broadhurst, Patrick Dobson, 2026
21. https://www.youtube.com/watch?v=3L3694VMlWI (dostęp 28.03.2026)
22. “Casing Failures in High Temperature Wells”, Kristinn Ingason, Arnar Bjarki Árnason (https://publications.mygeoenergynow.org/grc/1034594.pdf)
23. “Material Challenges for Deep Superhot Geothermal Wells”, Sigrun N. Karlsdottir, Andri I. Thorhallson, Jan Prikryl, Mehmet Pekyavas, Sverrir Ásbjörnsson, Sunna Ó. Wallevik, Kristján F. Alexandersson (https://publications.mygeoenergynow.org/grc/1034596.pdf)
24. “Global screening for superhot rock geothermal energy: Geodynamic settings, prospective heat endowment and extraction techniques” Philip J. Balla, Graham Banks, Mikenna Montgomery, Juan Carlos Afonso, 2025
25. https://www.vallourec.com/news/improving-geothermal-well-integrity-at-high-temperatures-through-collapse-solutions/ (dostęp 31.03.2026)
