Obećanje geotermalne energije

Kako troškovi goriva i električne energije rastu, geotermalna energija ima obećavajuću budućnost. Podzemna toplina može se naći bilo gdje na Zemlji, a ne samo tamo gdje se pumpa nafta, vadi ugljen, gdje sunce sja ili gdje duva vjetar. A proizvodi se stalno, cijelo vrijeme, uz relativno malo upravljanja. Evo kako djeluje geotermalna energija.

Bez obzira gdje se nalazite, probušite li se kroz Zemljinu kore, na kraju ćete pogoditi vatru. Rudari su prvi primijetili u srednjem vijeku da su na dnu topli rudnici i pažljivo mjerenje od tada su ustanovili da jednom kad pređete površinska kolebanja, čvrsta stijena postaje sve toplija dubina. U prosjeku, ovo geotermalni gradijent iznosi oko jedan stupanj Celzija na svakih 40 metara dubine ili 25 C na kilometar.

Ali prosjeci su samo prosjeci. U pojedinostima, geotermalni gradijent je mnogo veći i niži na različitim mjestima. Visoki gradijenti zahtijevaju jednu od dvije stvari: vruća magma koja se uzdiže blizu površine ili obilne pukotine koje omogućuju podzemnoj vodi da učinkovito prenese toplinu na površinu. Bilo jedno je dovoljno za proizvodnju energije, ali najbolje je imati oboje.

Magma se uspinje tamo gdje se kora raširi i pusti da se podigne divergentne zone. To se događa, na primjer, u vulkanskim lukovima iznad većine subdukcijskih zona i na ostalim područjima širenja kutnjaka. Najveća proširena zona na svijetu je sistem grebena srednjeg okeana, gdje je poznati, vruće vreli crni pušači pronađeni su. Bilo bi sjajno kada bismo mogli cijediti toplinu iz širećih grebena, ali to je moguće samo u dva mjesta, Island i saltonsko korito u Kaliforniji (i Jan Mayen, zemlja u Arktičkom oceanu, gdje nitko živi).

Područja širenja kontinenata sljedeća su najbolja mogućnost. Dobri primjeri su slivovi i područja rijeka u dolini Velike rijeke američke zapadne i istočne Afrike. Ovdje postoje brojna područja vrućih stijena koja nadimaju mlade magme. Toplina je dostupna ako do nje možemo doći bušenjem, a zatim započeti vađenje topline crpanjem vode kroz vruću stijenu.

Vruća vrela i gejziri u cijelom slivu i nizu ukazuju na važnost lomova. Bez lomova nema vrućeg izvora, samo skriveni potencijal. Prijelomi podržavaju vruća vrela na mnogim drugim mjestima gdje se kora ne proteže. Poznati Topli izvori u Džordžiji su primjer, mjesto na kojemu u 200 milijuna godina nije potekla nijedna lava.

Najbolja mjesta za topljenje geotermalne topline imaju visoke temperature i obilne lomove. Duboko u zemlji prostori za lom ispunjeni su čistom pregrijanom parom, dok su podzemna voda i minerali u hladnijoj zoni iznad brtve pod tlakom. Uključivanje u jednu od ovih zona suhe pare je kao da imate pri ruci džinovski parni kotao koji možete uključiti u turbinu za proizvodnju električne energije.

Najbolje mjesto na svijetu je izvan granica - Nacionalni park Yellowstone. Danas postoje samo tri polja suhe pare koja proizvode električnu energiju: Lardarello u Italiji, Wairakei na Novom Zelandu i The Geysers u Kaliforniji.

Ostala polja pare su vlažna - proizvode kipuću vodu i paru. Njihova je učinkovitost manja od polja sa suhom parom, ali stotine njih još uvijek zarađuju. Glavni primjer je geotermalno polje Coso u istočnoj Kaliforniji.

Postrojenja za geotermalnu energiju mogu se pokrenuti u vrućoj suhoj stijeni jednostavnim bušenjem na njega i lomljenjem. Zatim se dovodi voda do njega i toplina se sakuplja u pari ili vrućoj vodi.

Električna energija se proizvodi ili pretvaranjem vruće vode pod pritiskom u paru pri površinskim pritiscima ili korištenjem druge radne tekućine (poput vode ili amonijaka) u zasebnom vodovodnom sustavu za vađenje i pretvaranje toplina. Novi spojevi su u razvoju kao radne tekućine koje bi mogle povećati efikasnost dovoljno za promjenu igre.

Obična topla voda je korisna za energiju čak i ako nije prikladna za proizvodnju električne energije. Sama toplina je korisna u tvorničkim postupcima ili samo za grijanje zgrada. Čitav je Island Island gotovo potpuno samodostatan u energiji zahvaljujući geotermalnim izvorima, vrućim i toplim, koji rade sve, od pokretanja turbina do grijanja staklenika.

Geotermalne mogućnosti svih ovih vrsta prikazane su u a nacionalna karta geotermalnog potencijala objavljeno na Google Earth 2011. Studija koja je stvorila ovu kartu procijenila je da Amerika ima deset puta više geotermalnog potencijala od energije u svim svojim ležištima ugljena.

Korisna energija može se dobiti čak i u plitkim rupama, gdje tlo nije vruće. Toplinske crpke mogu rashladiti zgradu tijekom ljeta i zagrijati ih zimi, samo premještanjem topline iz bilo kojeg mjesta toplije. Slični programi djeluju u jezerima, gdje gusta, hladna voda leži na dnu jezera. Primjetan je primjer sustav hlađenja izvora jezera sa Sveučilišta Cornell.

Do prve aproksimacije, Zemljina toplina dolazi od radioaktivnog raspada tri elementa: urana, torija i kalija. Mi mislimo da je željezna jezgra nema gotovo ništa od toga, dok je nadzemni plašt ima samo male količine. kora, samo 1 posto Zemljine mase, sadrži oko pola manje tih radiogenih elemenata nego cijeli plašt ispod njega (što je 67% Zemlje). Zapravo, kora djeluje poput električne deke na ostatak planete.

Manje količine topline stvaraju se raznim fizikalno-kemijskim sredstvima: smrzavanjem tekućeg željeza u unutarnjoj jezgri, promjenama mineralne faze, utjecajima iz svemira, trenjem o plima Zemlje i još mnogo toga. A značajna količina topline istječe iz Zemlje samo zato što se planet hladi, kao i do tada njegovo rođenje prije 4,6 milijardi godina.

Točni brojevi svih ovih čimbenika vrlo su neizvjesni, jer se Zemljin toplinski proračun oslanja na detalje strukture planeta, koji se još uvijek otkrivaju. Također, Zemlja se razvila i ne možemo pretpostaviti kakva je bila njena struktura tijekom duboke prošlosti. Napokon, pločasti tektonski pokreti kore preuredili su tu električnu deku eonima. Zemljin proračun za toplinu sporna je tema među stručnjacima. Srećom, možemo iskoristiti geotermalnu energiju bez tog znanja.