Đào sâu xuống lòng đất để khai thác khoáng sản luôn là mục tiêu của con người từ xưa đến nay. Vào thời cổ các mỏ khoáng sản ở Ai Cập và La Mã đã đạt tới độ sâu hàng trăm mét. Tới thế kỷ 20, công nghệ tiên tiến đã giúp con người đạt tới độ sâu hàng cây số, mà lỗ khoan sâu nhất là hố Kola do Liên Xô thực hiện nằm cách biên giới Na Uy 10 km.

Dự án Kola Superdeep Borehole được xúc tiến vào năm 1970, với mục tiêu tham vọng là đi xuyên lớp vỏ Trái đất (dày khoảng 70 km) xuống tận lớp phủ (mantle) nhằm nghiên cứu nó. Trong số các lỗ khoan của dự án thì lỗ sâu nhất có tên là SG-3 đã đạt độ sâu 12.289 mét vào năm 1989.

Đội ngũ làm dự án Kola không ngờ là ở đó lại nóng hơn họ tưởng. Mới đầu họ dự trù nhiệt độ chỉ cỡ 100°C nhưng thực tế là gần 180°C. Ở đó đá dẻo và xốp, cùng với nhiệt độ cao đã khiến cho lỗ khoan dễ bị sập đổ và hư mũi khoan nên người ta đã ngừng khoan tiếp.

Hố Kola.

Vào năm 1987 thì Tây Đức cũng đào lỗ khoan KTB ở bang Bavaria với độ sâu 9.101 mét và gặp phải mức nhiệt 265°C - cao hơn cả lỗ Kola. Nhìn chung càng tiến vào lõi Trái đất thì nhiệt độ càng tăng, với nhiệt độ ở lõi sắt trong cùng vào khoảng 5.200 °C.

Tuy nghe có vẻ khắc nghiệt, nhưng nhiệt độ cao dưới lòng đất chính một nguồn năng lượng địa nhiệt quý giá. Theo Paul Woskov, một kỹ sư tại Học viện Công nghệ Massachusetts (MIT), chỉ cần khai thác 0,1% nguồn năng lượng này thôi là đã có thể cấp năng lượng cho thế giới trong 20 triệu năm!

Việc sản xuất năng lượng địa nhiệt cần ít nhất từ 150-370°C. Nghĩa là chỉ cần khoan những hố sâu hơn hố Kola vài km là đạt được nhiệt độ thích hợp để đặt các nhà máy điện địa nhiệt ngay trên đó.

Nhà máy điện địa nhiệt tận dụng sức nóng dưới lòng đất để đun nóng nước và làm quay các tua bin.

Khi mũi khoan tỏ ra đuối sức thì người ta đã thử nghiệm những cách làm khác, chẳng hạn dùng các chùm năng lượng định hướng để làm tan chảy, phá vỡ và thậm chí làm bốc hơi đá. Các thí nghiệm quân sự cuối thập niên 90 đã chứng tỏ khoan bằng tia laser có thể xuyên qua đá nhanh gấp 10-100 lần cách khoan thông thường. Nhưng nó vẫn chưa đủ mạnh và độ sâu lớn nhất từng đạt được bằng tia laser chỉ là 30 cm.

Vậy là người ta quay sang một thiết bị gọi là gyrotron, thứ có thể tạo ra một chùm sóng điện từ liên tục có bước sóng từ 1-10 mm và rất hiệu quả để làm nóng vật liệu plasma, với công suất đạt tới 1 megawatt. Nếu dùng cho khoan địa nhiệt, năng lượng tập trung của những chùm sóng này có thể làm bốc hơi đá tốt hơn hẳn chùm tia laser.

Thiết bị này đang được sử dụng trong các lò phản ứng như lò tokamak để tạo điều kiện cho phản ứng hợp hạch xảy ra, bởi các nguyên tử chỉ hợp nhất dưới sức nóng hàng triệu, thậm chí hàng chục triệu độ C.

Thiết bị gyrotron công suất 1 MW được dùng để làm nóng plasma ở Đức.

Vào năm 2018, MIT đã thành lập một công ty chuyên về địa nhiệt mang tên Quaise Energy và công ty này đang lên kế hoạch khoan các lỗ thử nghiệm sâu tới 20 km trong vòng có 100 ngày, bằng cách dùng các mũi khoan truyền thống kết hợp với một thiết bị gyrotron công suất 1 megawatt.

Ở đó nhiệt độ sẽ là khoảng 500°C, quá đủ để cung cấp nguồn năng lượng địa nhiệt. Sự thành công của những lỗ khoan này sẽ mở ra viễn cảnh, thay vì dùng than và khí đốt thì các tua-bin trong nhà máy điện sẽ quay không ngừng bằng năng lượng địa nhiệt.