Gorące skały nie pozostają na miejscu.
Kiedy materia głęboko w Ziemi zostaje podgrzana do temperatury topnienia, staje się lżejsza od chłodniejszej, stałej skały wokół niej. W grę wchodzi fizyka. Siła wyporu wypycha stopiony materiał do góry. Podróżuje przez skorupę ziemską, zbierając się w kieszeniach zwanych komorami magmowymi i ostatecznie docierając do powierzchni.
Cały ten cykl nazywamy wulkanizmem.
To nie tylko eksplozja. Kiedy magma dociera do świata zewnętrznego, wyrzuca stałe śmieci i gazy. Spójrz na ziemię pod stopami. W rzeczywistości większość powierzchni Ziemi składa się z litej skały wulkanicznej. Słynne stożki, które kojarzymy z wulkanami, to tylko najbardziej widoczny przejaw planety, która nieustannie się recyklinguje.
Ale to ciepło ma też cichą stronę.
Ukryta moc energii geotermalnej
Wypływy lawy stanowią dramatyczny materiał do filmów dokumentalnych, ale ich prawdziwe zastosowanie to energia geotermalna.
Nie używa magmy bezpośrednio. To byłaby katastrofa. Zamiast tego inżynierowie i naukowcy skupiają się na ciepłu zmagazynowanym w górnych warstwach Ziemi. Ciepło w naturalny sposób przepływa z rdzenia do skorupy. Możesz przechwycić ten strumień.
Dlatego w życiu codziennym ważne jest:
- Ogrzewanie bezpośrednie: W niektórych częściach Islandii lub Kalifornii gorąca woda z ziemi jest dostarczana bezpośrednio rurami do Twojego domu. Brak paliwa do spalenia. Żadnego dymu. Jest to po prostu energia cieplna pozyskiwana z wewnętrznego kotła Ziemi.
- Wytwarzanie energii elektrycznej: Tam, gdzie ciepło jest mocne i dostępne, para napędza turbiny. Zapewnia to moc bazową, na którą nie ma wpływu wiatr ani światło słoneczne. Pracuje 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu.
- Procesy przemysłowe: fabryki wykorzystują ciepło geotermalne do suszenia produktów, ogrzewania szklarni, a nawet przetwarzania niektórych chemikaliów.
Dlaczego skorupa ziemska jest ważna
Grubość litosfery (stałej zewnętrznej powłoki Ziemi) nie jest nieskończona. W niektórych miejscach może się załamać. To są granice płyt. Magma znajduje te słabe punkty. Tutaj rośnie szybciej. Właśnie dlatego wulkany skupiają się wzdłuż określonych linii, takich jak Pierścień Ognia na Pacyfiku.
Jednak nie każdy wulkanizm powoduje eksplozje. Część magmy jest gęsta i lepka. Blokuje otwory wentylacyjne. Ciśnienie rośnie, aż ziemia zaczyna się trząść. Czasami magma jest płynna. Wylewa się spokojnie i rodzi nowe lądy. Hawaje to w zasadzie góra, która wyrosła z oceanu w wyniku powolnego i ciągłego napełniania i opróżniania komór magmowych pod wyspą.
Połączenie ludzkie
Często myślimy o wulkanach jako o katastrofie naturalnej. I mogą być. Ale proces uwalniania popiołu wulkanicznego do atmosfery tworzy również żyzną glebę. Skały wulkaniczne rozkładają się na minerały, które rośliny uwielbiają. Właśnie dlatego w regionach, w których występuje aktywny lub niedawny wulkanizm, znajdują się jedne z najbardziej produktywnych gruntów rolnych na Ziemi.
Ponadto wykorzystywane przez nas ciepło jest odnawialne. Tak, jądro Ziemi ochładza się, ale w tempie tak powolnym, że będzie ono niewyczerpane w skali ludzkiego życia. To jest ciągłe.
Problemem nie jest tylko to, jak skała się topi. Chodzi o sposób, w jaki na nim żyjemy. Budujemy miasta na otworach uśpionych. Wiercimy się w gorącej skale, aby wytworzyć energię elektryczną. Obserwujemy, jak rośnie stożek, wiedząc, że ziemia nigdy nie była stała. Po prostu czekałem.
Ciepło wewnątrz Ziemi to nie tylko ciekawostka geologiczna. To ogromny, niewykorzystany magazyn energii. Gdy porówna się te rezerwy z malejącymi zasobami paliw kopalnych, różnica jest uderzająca. Paliwa kopalne są ograniczone. Zasadniczo energię geotermalną można wykorzystywać w sposób ciągły lub wcale.
Ale przez większość historii ludzkości ignorowaliśmy to. Dopiero na początku XX wieku zrozumieliśmy, jak z niego korzystać. Przełom nastąpił w roku 1904.
Pierwsza elektrownia geotermalna w Larderello
W tym samym roku w Larderello (Włochy) uruchomiono pierwszą elektrownię geotermalną. Udowodniła, że wewnętrzne ciepło Ziemi można przekształcić w użyteczną energię elektryczną. Według współczesnych standardów technologia była prymitywna. Wrzącość była niska. Ale pracowała.
Od tego czasu sposób wykorzystania energii geotermalnej radykalnie się zmienił. Przeszliśmy od prostego bezpośredniego ogrzewania do złożonych elektrowni binarnych, które mogą wytwarzać energię elektryczną z chłodniejszych źródeł. Cel pozostaje ten sam. Ekstrakcja ciepła. Generuj energię. Minimalizuj odpady.
Dlaczego energia geotermalna jest dziś ważna
Dlaczego jest to ważne teraz? Ponieważ okno możliwości dla paliw kopalnych się zamyka. Koszty środowiskowe spalania węgla, ropy i gazu nie są już abstrakcyjną koncepcją. To jest kryzys. Energia geotermalna stanowi czystą alternatywę. Podczas pracy nie emituje gazów cieplarnianych. Jest podstawowym źródłem energii, co oznacza, że może pracować 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu, w przeciwieństwie do elektrowni słonecznych i wiatrowych, które są zależne od pogody.
Nie jest to jednak pozbawione trudności. Wymagane są specjalne warunki geologiczne. Konieczne jest źródło ciepła umieszczone blisko powierzchni. Nie wszystkie obszary się do tego nadają. Dlatego lokalizacja jest ważna. Miejsca takie jak Islandia, Kenia i części zachodnich Stanów Zjednoczonych mają naturalne zalety. W innych miejscach trzeba wiercić głębiej, wydawać więcej pieniędzy i podejmować większe ryzyko.
Przejście do powszechnego użytku
Pomimo przeszkód dynamika się zmienia. Kraje silnie uzależnione od importu zwracają się w stronę zasobów krajowych. Postrzegają energię geotermalną jako sposób na osiągnięcie niezależności energetycznej. Tu nie chodzi tylko o ratowanie planety. Jest to kwestia bezpieczeństwa. Stabilność.
Technologie stale się rozwijają. Ulepszone systemy geotermalne (EGS) obiecują odblokować potencjał cieplny na obszarach pozbawionych naturalnych zasobów hydrotermalnych. Uważa się, że wciąż jesteśmy na wczesnym etapie rewolucji w wykorzystaniu energii geotermalnej. Ale jego fundamenty położono ponad sto lat temu w Larderello. Ciepło nadal tam jest. Czekam na skrzydłach.
Prawdziwej energetycznej kopalni złota nie znajdziesz w litej skale. Jest ukryty w obszarach skorupy ziemskiej o temperaturach porównywalnych z wielkimi piecami. Woda jest tu nie tylko gorąca. Wytwarza przegrzaną parę. Para ta jest wypychana na powierzchnię pod ciśnieniem przez gorące źródła i gejzery. Te naturalne gejzery obserwujemy od wieków. Niewiele osób myślało o podłączeniu ich do sieci.
Wszystko się zmieniło w Kalifornii. Inżynierowie wykorzystali naturalne pola parowe, aby wygenerować energię elektryczną wystarczającą do zasilenia połowy San Francisco. Jest to bezpośrednie połączenie podziemnego ciepła i oświetlenia miejskiego. Tu nie ma węgla. Brak gazu. Tylko gorące kamienie i woda.
Jednak poleganie na przypadkowych, sprzyjających warunkach naturalnych ogranicza możliwości ekspansji. W większości miejsc na podwórkach nie ma gejzerów. A co jeśli potrzebujesz energii geotermalnej bez pary naturalnej?
Wytwarzanie pary zgodnie z projektem
Technicy opracowali sposób budowania elektrowni w gorących skałach blisko powierzchni Ziemi. Metoda jest niezwykle prosta. Wymaga to dwóch studni.
Najpierw w rozgrzanej skale wierci się studnię. Następnie wstrzykuje się zimną wodę pod wysokim ciśnieniem. Woda uderza w gorący kamień. Natychmiast się gotuje. Powstała para unosi się przez drugą studnię. Wychodzi na powierzchnię. Tam obraca turbiny. Turbiny te wytwarzają energię elektryczną.
„Wasserdampf lässt sich dann Dadurch erzeugen, indem man durch ein Bohrloch Wasser in das Gestein einpresst” – Niemiecka Służba Geologiczna
Proces ten działa wszędzie tam, gdzie istnieje odpowiednia geologia. Nie ma znaczenia, czy występuje konwekcja naturalna, czy nie. Sam tworzysz konwekcję. Wymuszasz wymianę ciepła. System ten jest zamknięty, wydajny i skalowalny.
Poza energią elektryczną: bezpośrednie zaopatrzenie w ciepło
Nie każda energia geotermalna nadaje się do podłączenia do sieci elektrycznej. W wielu krajach ekstrahowana ciecz jest zbyt gorąca, aby można ją było bezpośrednio przekształcić w energię elektryczną. Lub temperatura może być zbyt niska dla turbiny. Wysokie temperatury mogą uszkodzić sprzęt. W niskich temperaturach ciśnienie nie jest wystarczające, aby turbina działała wydajnie.
Dlatego nie wyrzucamy ciepła. Używamy go bezpośrednio.
To „ciepło odpadowe” jest głównym źródłem energii do ogrzewania. Budynki mieszkalne korzystają z tych zbiorników. Szklarnie wykorzystują stałe ciepło do uprawy roślin. Jest to aplikacja o niskim poziomie zaawansowania technologicznego, ale bardzo skuteczna. Unikaj nieefektywności w przetwarzaniu energii cieplnej na energię elektryczną. Ciepło trafia bezpośrednio z gruntu do grzejnika.
To rozróżnienie jest ważne. Mamy tendencję do myślenia o energii jako o jednym jej rodzaju: elektryczności. Ale energia geotermalna pokazuje, że jest to widmo. Czasami chcesz, aby turbina działała lśniąco. Czasami potrzebujesz po prostu ciepłej podłogi.
Obydwa podejścia opierają się na tej samej prawdzie. Wnętrze Ziemi to bateria. Jest zawsze włączone. Trzeba tylko znaleźć sposób, aby narysować z tego linię.
