Obietnica energii geotermalnej

Wraz ze wzrostem kosztów paliwa i energii elektrycznej energia geotermalna ma obiecującą przyszłość. Podziemne ciepło można znaleźć w dowolnym miejscu na Ziemi, nie tylko tam, gdzie pompowana jest ropa, wydobywany jest węgiel, gdzie świeci słońce lub wieje wiatr. I produkuje przez całą dobę, przy stosunkowo niewielkim zapotrzebowaniu na zarządzanie. Oto jak działa energia geotermalna.

Bez względu na to, gdzie jesteś, jeśli zagłębisz się w skorupę Ziemi, w końcu uderzysz w rozpaloną skałę. Górnicy po raz pierwszy zauważyli w średniowieczu, że głębokie kopalnie są ciepłe na dole i staranne pomiary odkąd odkryli, że kiedy minie się wahania powierzchni, lita skała staje się coraz cieplejsza głębokość. Średnio to gradient geotermalny wynosi około jednego stopnia Celsjusza na każde 40 metrów głębokości lub 25 ° C na kilometr.

Ale średnie są tylko średnimi. Szczegółowo gradient geotermalny jest znacznie wyższy i niższy w różnych miejscach. Wysokie gradienty wymagają jednej z dwóch rzeczy: gorącej magmy wznoszącej się blisko powierzchni lub obfitych pęknięć pozwalających wodzie gruntowej skutecznie odprowadzać ciepło na powierzchnię. Każdy z nich jest wystarczający do produkcji energii, ale posiadanie obu jest najlepsze.

Magma unosi się tam, gdzie skorupa jest rozciągana, aby pozwolić jej unieść się rozbieżne strefy. Dzieje się tak na przykład w łukach wulkanicznych powyżej większości stref subdukcji oraz w innych obszarach przedłużania skorupy ziemskiej. Największą na świecie strefą rozciągania jest system grzbietów oceanu środkowego, w którym słynie się z gorąca czarni palacze są znalezione. Byłoby wspaniale, gdybyśmy mogli wykorzystać ciepło z rozprzestrzeniających się grzbietów, ale jest to możliwe tylko w dwóch miejsc, Islandii i koryta Salton w Kalifornii (i Jan Mayen Land na Oceanie Arktycznym, gdzie nikt nie zyje).

Obszary rozprzestrzeniania się kontynentu to kolejna najlepsza możliwość. Dobrym przykładem są region Basin i Range w Great Rift Valley w zachodniej Afryce Zachodniej i Wschodniej Afryce. Tutaj jest wiele obszarów gorących skał, które stanowią przeszkodę dla młodych intruzów magmy. Ciepło jest dostępne, jeśli możemy dostać się do niego przez wiercenie, a następnie zacznij go wydobywać, pompując wodę przez gorącą skałę.

Gorące źródła i gejzery w całym dorzeczu i regionie wskazują na znaczenie złamań. Bez złamań nie ma gorącej wiosny, tylko ukryty potencjał. Pęknięcia wspierają gorące źródła w wielu innych miejscach, w których skorupa się nie rozciąga. Słynne ciepłe źródła w Gruzji to przykład, miejsce, w którym przez 200 milionów lat nie płynęła żadna lawa.

Najlepsze miejsca do czerpania ciepła geotermalnego mają wysokie temperatury i obfite pęknięcia. Głęboko w ziemi przestrzenie szczelin są wypełnione czystą przegrzaną parą, a woda gruntowa i minerały w strefie chłodniejszej powyżej uszczelniają ciśnienie. Korzystanie z jednej z tych stref suchej pary jest jak posiadanie pod ręką gigantycznego kotła parowego, który można podłączyć do turbiny w celu wytworzenia elektryczności.

Najlepsze miejsce na świecie to miejsce niedostępne - Park Narodowy Yellowstone. Obecnie istnieją tylko trzy pola suchej pary produkujące energię: Lardarello we Włoszech, Wairakei w Nowej Zelandii i The Geysers w Kalifornii.

Inne pola pary są mokre - wytwarzają wrzątek i parę. Ich wydajność jest mniejsza niż w polach suchej pary, ale setki z nich wciąż osiągają zyski. Ważnym przykładem jest pole geotermalne Coso we wschodniej Kalifornii.

Elektrownie geotermalne można uruchomić w gorącej suchej skale, po prostu wiercąc je i szczelinując. Następnie pompowana jest do niej woda, a ciepło jest zbierane w parze lub gorącej wodzie.

Energia elektryczna jest wytwarzana albo przez odparowywanie gorącej wody pod ciśnieniem w parę pod ciśnieniem powierzchniowym, albo przez przy użyciu drugiego płynu roboczego (takiego jak woda lub amoniak) w oddzielnym systemie wodno-kanalizacyjnym do ekstrakcji i konwersji ciepło. Opracowywane są nowe związki jako płyny robocze, które mogłyby zwiększyć wydajność na tyle, aby zmienić grę.

Zwykła gorąca woda jest użyteczna dla energii, nawet jeśli nie nadaje się do wytwarzania energii elektrycznej. Samo ciepło jest przydatne w procesach fabrycznych lub tylko do ogrzewania budynków. Cały naród Islandii jest prawie całkowicie samowystarczalny energetycznie dzięki źródłom geotermalnym, zarówno ciepłym, jak i ciepłym, które wykonują wszystko, od napędzania turbin po ogrzewanie szklarni.

Możliwości geotermalne tego rodzaju pokazano w krajowa mapa potencjału geotermalnego wydany w Google Earth w 2011 roku. Badanie, które stworzyło tę mapę, oszacowało, że Ameryka ma dziesięć razy większy potencjał geotermalny niż energia we wszystkich złożach węgla.

Przydatną energię można uzyskać nawet w płytkich otworach, gdzie ziemia nie jest gorąca. Pompy ciepła mogą chłodzić budynek latem i ogrzewać go zimą, po prostu przenosząc ciepło z dowolnego miejsca, w którym jest cieplej. Podobne schematy działają w jeziorach, gdzie na dnie jeziora leży gęsta, zimna woda. Godnym przykładem jest system chłodzenia źródła jeziornego Uniwersytetu Cornell.

W pierwszym przybliżeniu ciepło Ziemi pochodzi z rozpadu promieniotwórczego trzech pierwiastków: uranu, toru i potasu. Uważamy, że Żelazny rdzeń nie ma prawie żadnego z nich, podczas gdy nakłada się płaszcz ma tylko niewielkie ilości. The Skorupa, zaledwie 1 procent masy Ziemi, zawiera około połowę takich pierwiastków promieniotwórczych, jak cały płaszcz pod nią (co stanowi 67% Ziemi). W efekcie skorupa działa jak koc elektryczny na resztę planety.

Mniejsze ilości ciepła są wytwarzane różnymi metodami fizykochemicznymi: zamrażanie ciekłego żelaza w rdzeniu wewnętrznym, zmiany fazy mineralnej, uderzenia z kosmosu, tarcie z pływów Ziemi i inne. Znaczna ilość ciepła wypływa z Ziemi tylko dlatego, że planeta ochładza się, jak to miało miejsce do tej pory jego narodziny 4,6 miliarda lat temu.

Dokładne liczby wszystkich tych czynników są wysoce niepewne, ponieważ budżet cieplny Ziemi opiera się na szczegółach struktury planety, która wciąż jest odkryta. Ponadto Ziemia ewoluowała i nie możemy zakładać, jaka była jej struktura w głębokiej przeszłości. Wreszcie ruchy płytowo-tektoniczne skorupy przestawiają ten koc elektryczny na eony. Ziemski budżet cieplny jest kontrowersyjnym tematem wśród specjalistów. Na szczęście możemy wykorzystać energię geotermalną bez tej wiedzy.