Over geothermische energie

Terwijl de kosten van brandstof en elektriciteit stijgen, heeft geothermie een veelbelovende toekomst. Ondergrondse warmte kan overal op aarde worden gevonden, niet alleen waar olie wordt gepompt, kolen wordt gedolven, waar de zon schijnt of waar de wind waait. En het produceert de klok rond, de hele tijd, met relatief weinig beheer nodig. Hier is hoe geothermische energie werkt.

Geothermische verlopen

Waar je ook bent, als je door de aardkorst boort, zul je uiteindelijk roodgloeiende rots raken. Mijnwerkers merkten voor het eerst in de middeleeuwen dat diepe mijnen warm zijn aan de onderkant, en zorgvuldige metingen sinds die tijd hebben ontdekt dat zodra je voorbij oppervlakteschommelingen komt, vast gesteente gestaag warmer wordt met diepte. Gemiddeld genomen is dit geothermisch verloop is ongeveer één graad Celsius voor elke 40 meter diepte of 25 C per kilometer.

Maar gemiddelden zijn slechts gemiddelden. In detail is de geothermische gradiënt veel hoger en lager op verschillende plaatsen. Hoge hellingen vereisen een van twee dingen: heet magma dat dicht bij het oppervlak opkomt, of overvloedige scheuren waardoor grondwater warmte efficiënt naar het oppervlak kan voeren. Beide zijn voldoende voor energieproductie, maar beide is het beste.

Zones spreiden

Magma stijgt op waar de korst uit elkaar wordt uitgerekt om het in uiteenlopende zones te laten stijgen. Dit gebeurt bijvoorbeeld in de vulkanische bogen boven de meeste subductiezones, en in andere gebieden met korstuitbreiding. De grootste uitbreidingszone ter wereld is het mid-oceanische noksysteem, waar de beroemde, knetterende zwarte rokers worden gevonden. Het zou geweldig zijn als we de warmte van de zich uitbreidende richels zouden kunnen aftappen, maar dat is mogelijk op slechts twee plaatsen, IJsland en de Salton Trough of California (en Jan Mayen Land in de Noordelijke IJszee, waar niemand woont).

Gebieden met continentale verspreiding zijn de op een na beste mogelijkheid. Goede voorbeelden zijn de regio Basin en Range in het westen van Amerika en de Great Rift Valley van Oost-Afrika. Hier zijn veel gebieden met hete rotsen die over jonge magma-indringingen heen liggen. De warmte is beschikbaar als we er kunnen komen door te boren, en beginnen de warmte te onttrekken door water door de hete rots te pompen.

Breukzones

Warmwaterbronnen en geisers in het bekken en het bereik wijzen op het belang van breuken. Zonder de breuken is er geen hete lente, alleen verborgen potentieel. Breuken ondersteunen hete bronnen op veel andere plaatsen waar de korst niet uitrekt. De beroemde Warm Springs in Georgia is een voorbeeld, een plaats waar in 200 miljoen jaar geen lava heeft gestroomd.

Stoomvelden

De allerbeste plaatsen om aardwarmte te tappen hebben hoge temperaturen en overvloedige breuken. Diep in de grond zijn de breukruimten gevuld met pure oververhitte stoom, terwijl grondwater en mineralen in de koelere zone boven druk afdichten. Het gebruik van een van deze droge stoomzones is alsof je een gigantische stoomketel bij de hand hebt die je op een turbine kunt aansluiten om elektriciteit op te wekken.

De beste plaats ter wereld hiervoor is verboden terrein - Yellowstone National Park. Er zijn vandaag slechts drie droge stoomvelden die stroom produceren: Lardarello in Italië, Wairakei in Nieuw-Zeeland en The Geysers in Californië.

Andere stoomvelden zijn nat, ze produceren zowel kokend water als stoom. Hun efficiëntie is minder dan die van de droge stoomvelden, maar honderden maken nog steeds winst. Een belangrijk voorbeeld is het geothermische veld Coso in het oosten van Californië.

Geothermische energiecentrales kunnen in heet droog gesteente worden gestart door er eenvoudig op te boren en het te breken. Vervolgens wordt er water naar toe gepompt en wordt de warmte geoogst in stoom of heet water.

Elektriciteit wordt geproduceerd door het hete water onder druk in stoom te laten flitsen bij oppervlaktedruk of door een tweede werkvloeistof (zoals water of ammoniak) te gebruiken in een afzonderlijk leidingsysteem om de warmte te extraheren en om te zetten. Nieuwe verbindingen worden ontwikkeld als werkvloeistoffen die de efficiëntie voldoende kunnen verhogen om het spel te veranderen.

Minder bronnen

Gewoon warm water is nuttig voor energie, zelfs als het niet geschikt is om elektriciteit op te wekken. De warmte zelf is nuttig in fabrieksprocessen of alleen voor het verwarmen van gebouwen. De hele natie van IJsland is bijna volledig zelfvoorzienend in energie dankzij geothermische bronnen, zowel warm als warm, die alles doen, van het aandrijven van turbines tot het verwarmen van kassen.

Geothermische mogelijkheden van dit soort worden weergegeven in een nationale kaart van geothermisch potentieel uitgegeven op Google Earth in 2011. De studie die deze kaart creëerde schatte dat Amerika tien keer zoveel geothermisch potentieel heeft als de energie in al zijn kolenbedden.

Nuttige energie kan zelfs worden verkregen in ondiepe gaten, waar de grond niet heet is. Warmtepompen kunnen een gebouw in de zomer koelen en verwarmen in de winter, gewoon door warmte te verplaatsen vanaf elke plek waar het warmer is. Soortgelijke schema's werken in meren, waar dicht, koud water op de bodem van het meer ligt. Het koelsysteem van Cornell University voor meerbronnen is een opmerkelijk voorbeeld.