Særs korrosivt vatn

Superkritisk vatn kan ha ei funksjon i framtidige renseprosessar, og sjølv om naturen «leikar» seg med dette stoffet heila tida, er han vanskeleg å temja.

Kvar kan vi finne naturleg SCRIW? Svaret er: alle stader der det er vatn og HTHP-forhold, slik som vist her. PCP er trykk-grensa for denne vassfasen (PCP = ‘Potential Critical Pressure’). Vi treng både høgt trykk og høg temperatur. Den raude kurva viser kvar det kan vera høg nok temperatur, slik at vatnet blir superkritisk og får ein densitet på ca. 0,3 g/cm3. (CP = ‘Critical point’). Dei svarte pilene illustrerer kvar ein har oppdaga oppkome av ulike slag (både hydrotermale (varme-) og kalde oppkome, av både vatn og olje). Teikninga er modifisert frå artikkelen: Hovland, Rueslåtten og Johnsen, 2014

Superkritisk vatn (supercritical water – SCRIW) er noko heilt anna enn vanleg vatn. Det krev mykje energi for å lage SCRIW. Du treng ein tett og solid behaldar som toler sterk korrosjon, for SCRIW er særs korrosivt.

Så treng du høge trykk og temperaturar: Vi snakkar om HTHP-tilhøve (High temperature, high pressure), kjend mellom anna frå djupe borebrønnar på norsk sokkel.

SCRIW løyser opp alle organiske stoff, inkludert olje og krigsgassar. Men det kan ikkje løyse opp alle typar salt.

Jau då, ingeniørane har laga slike behaldarar, eller «reaktorar». Men SCRIW har vorte omtala som «the mother of all acids» grunna sine sterkt korrosive eigenskapar, og er difor svært vanskeleg å handtera i eit sirkulerande system.

Draumen har vore å laga eit HTHP-system der SCRIW løyser opp alle organiske restar (matavfall og avføring) om bord på skip, romskip, eller frå isolerte hotell, slik at det berre kjem ut reint vatn i andre enden, samt salt av grunnstoffa. Men det er ikkje enkelt, og mykje forsking blir gjort innan dette fagområdet, som blir omtala som «våtkjemisk oksidasjon».

Kvar på planeten vår har vi naturlege SCRIW-tilhøve, der vatn er til stades? Spør heller kvar det ikkje er slike tilhøve, for slike tilhøve finns overalt, berre ein kjem djupt nok ned i jordskorpa.

Berre tenk deg at havet har eit gjennomsnittleg djup på 3 600 meter. Dette er ca. 700 meter meir enn det som trengst for å få trykk nok til at sjøvatn blir superkritisk. Men det trengst også høg varme.

Ferskvatn blir superkritisk når temperaturen er 374 °C og trykket er 221 bar. Eit trykk på 221 bar svarar til trykket på om lag 2 220 meter djup i ferskvatn.

Sidan sjøvatn har oppløyste saltar krevst det endå høgre trykk og temperatur for å nå kritisk punkt: 407 °C og 300 bar (~2 900 meter sjøvassdjupn).

Då forskarane Lonsdale, Corliss og Ballard i 1977 fann den fyrste hydrotermiske skorsteinen (black smoker) på havbotnen i Stillehavet, var dei ikkje klar over at dei sto framføre ein skorstein som transporterte SCRIW.

Med ein gong slikt superkritisk vatn (gass med densitet ~0,3 kg/liter) kjem ut i det frie vatnet i havet, skjer det ein faseovergang til vanleg kondensert («destillert») vatn. Dette viser kor vanskeleg det er å observere SCRIW, for ikkje å seie kor vanskeleg det er å handtere.

Under bygging av varmekraftverket Krafla på Island, bora dei brunnar ned i den superkritiske sona, for å kunne ta inn slikt vatn (damp) i kraftverket til å drive turbinane. Sidan varmegradienten er så høg på Island, treng dei ikkje bore så djupt for å kome seg ned i denne sona.

Men utstyret braut saman etter nokre få timar, og dei fekk ein hydrotermal utblåsing som ikkje let seg temja. Boreholet kollapsa, slik at den ukontrollerte utblåsinga til slutt stogga seg sjølv. Men islendingane gjev nok ikkje opp, sjølv om dei må attende til teiknebordet.

Figurreferanse

Hovland, M., Rueslåtten, H., Johnsen, H.K., 2014. Buried hydrothermal systems: – The potential role of supercritical water, ‘ScriW’, in various geological processes and occurrences in the sub-surface. American Journal of Applied Chemistry. Feb. 2014 DOI:10.4236/ajac.2914.52016