Geotermisen energian lupaus

Polttoaineen ja sähkön kustannusten noustessa geotermisellä energialla on lupaava tulevaisuus. Maanalaista lämpöä löytyy kaikkialta maapallosta, ei vain öljypumppujen, hiilen louhinnan, aurinko paistaa tai tuulen puhaltamiseksi. Ja se tuottaa ympäri vuorokauden, suhteellisen vähän hallintaa tarvitaan. Tässä on kuinka geoterminen energia toimii.

Ei ole väliä missä olet, jos poraat maapallon kuoren läpi, osut lopulta punaisen kuumalle kiville. Kaivostyöläiset huomasivat keskiajalla ensimmäisen kerran, että syvät kaivokset ovat pohjassa lämpimiä, ja huolelliset mittaukset tuosta ajasta lähtien on havaittu, että kun olet joutunut pintavaihteluiden läpi, kiinteä kivi kasvaa tasaisesti lämpimämpänä syvyys. Keskimäärin tämä geoterminen gradientti on noin yksi celsiusaste jokaista 40 metriä syvyydessä tai 25 ° C kilometriä kohden.

Mutta keskiarvot ovat vain keskiarvoja. Yksityiskohtaisesti, geoterminen gradientti on paljon korkeampi ja matalampi eri paikoissa. Suuret kaltevuudet vaativat yhden kahdesta asiasta: kuuma magma nousee lähellä pintaa tai runsas halkeamia, joiden avulla pohjavesi voi kuljettaa lämpöä tehokkaasti pintaan. Joko toinen riittää energiantuotantoon, mutta molemmat ovat parasta.

Magma nousee sinne, missä kuori on venytetty, jotta se voi nousta - sisään erilaiset vyöhykkeet. Tämä tapahtuu esimerkiksi useimpien subduktiovyöhykkeiden yläpuolella sijaitsevilla tulivuorenkaareilla ja muilla kuoren laajenemisalueilla. Maailman suurin laajennusvyöhyke on puoliväli-valtameren harjannejärjestelmä, jossa kuuluisa, vilkas ja kuuma mustat tupakoitsijat ovat löydetty. Olisi hienoa, jos voisimme hyödyntää lämpöä levitysharjoilta, mutta se on mahdollista vain kahdessa paikoissa, Islannissa ja Kalifornian Salton-kourussa (ja Jan Mayenin maa jäämeressä, missä ei kukaan asuu).

Mantereen leviämisalueet ovat seuraavaksi paras mahdollisuus. Hyviä esimerkkejä ovat Basin and Range -alue Amerikan länsi- ja itä-Afrikan Great Rift Valley -alueella. Täällä on monia kuumien kivien alueita, jotka ohittavat nuorten magman tunkeutumisten. Lämpöä on saatavana, jos pääset siihen poraamalla, ja aloita sitten lämmön poisto pumppaamalla vettä kuuman kallion läpi.

Kuumat lähteet ja geyserit koko vesistöalueella ja alueilla viittaavat murtumien tärkeyteen. Ilman murtumia ei ole kuumia lähteitä, vain piilotettu potentiaali. Murtumat tukevat kuumia lähteitä monissa muissa paikoissa, joissa kuori ei veny. Georgian kuuluisat lämpimät lähteet ovat esimerkki paikasta, josta ei laavaa ole virrannut 200 miljoonan vuoden aikana.

Parhaimmilla paikoilla geotermisen lämmön hankkimiseksi on korkea lämpötila ja runsaasti murtumia. Syvässä maassa murtumatilat täytetään puhtaalla ylikuumennetulla höyryllä, kun taas pohjavesi ja mineraalit jäähdytysvyöhykkeellä ovat tiivisteen yläpuolella paineessa. Napauttaminen johonkin näistä kuivahöyryvyöhykkeistä on kuin sinulla olisi kätevä höyrykattila, jonka voit kytkeä turbiiniin sähkön tuottamiseksi.

Paras paikka maailmassa tähän on rajojen ulkopuolella - Yellowstonen kansallispuisto. Nykyään on vain kolme kuivahöyrykenttää, jotka tuottavat voimaa: Lardarello Italiassa, Wairakei Uudessa-Seelannissa ja The Geysers Kaliforniassa.

Muut höyrykentät ovat märät - ne tuottavat kiehuvaa vettä samoin kuin höyryä. Niiden hyötysuhde on vähemmän kuin kuivahöyrykenttien, mutta sadat niistä tuottavat silti voittoa. Suuri esimerkki on Coso-geoterminen kenttä itäisessä Kaliforniassa.

Geotermisen energian tuotantolaitokset voidaan käynnistää kuumassa kuivassa kalliossa poraamalla se alas ja hajottamalla se. Sitten siihen pumpataan vettä ja lämpö kerätään höyryssä tai kuumassa vedessä.

Sähkö tuotetaan joko vilkuttamalla paineistettu kuuma vesi höyryksi pintapaineissa tai käyttämällä toista käyttönestettä (kuten vettä tai ammoniakkia) erillisessä putkistojärjestelmässä uunin uuttamiseksi ja muuttamiseksi kuumenna. Uusia yhdisteitä on kehitteillä käyttönesteinä, jotka voisivat lisätä tehokkuutta riittävästi pelin muuttamiseen.

Tavallinen kuuma vesi on hyödyllinen energialle, vaikka se ei sovellu sähköntuotantoon. Itse lämpö on hyödyllinen tehdasprosesseissa tai vain rakennusten lämmitykseen. Koko Islannin kansa on energiansaannissaan lähes täysin omavaraista geotermisten lähteiden ansiosta, niin kuumien kuin lämpimienkin, jotka tekevät kaiken turbiinien ajamisesta kasvihuoneiden lämmitykseen.

Kaiken tyyppiset geotermiset mahdollisuudet on esitetty a kansallinen geotermisen potentiaalin kartta julkaistu Google Earthissa vuonna 2011. Tämän kartan luoneet tutkimukset arvioivat, että Amerikassa on kymmenen kertaa niin paljon geotermistä potentiaalia kuin energian kaikissa sen hiilipeiteissä.

Hyödyllistä energiaa voidaan saada jopa mataliin reikiin, joissa maa ei ole kuuma. Lämpöpumput voivat jäähdyttää rakennuksen kesällä ja lämmittää sen talvella, vain siirtämällä lämpöä mistä tahansa kohdasta on lämpimämpi. Samanlaiset järjestelmät toimivat järvissä, joissa tiheä, kylmä vesi on järven pohjalla. Cornellin yliopiston järvien lähteen jäähdytysjärjestelmä on merkittävä esimerkki.

Ensimmäiseen arviointiin maapallon lämpö tulee kolmen elementin radioaktiivisesta hajoamisesta: uraanista, toriumista ja kaliumista. Mielestämme rautaydin ei ole melkein mitään näistä, kun taas päällys vaippa on vain pieniä määriä. kuori, vain yksi prosentti maan maapallosta, omistaa noin puolet näistä radiogeenisistä elementeistä kuin koko alla oleva vaippa (joka on 67% maapallosta). Itse asiassa kuori toimii kuin sähköhuopa muualla planeetalla.

Vähemmän määrää lämpöä tuotetaan erilaisilla fysikaalis-kemiallisilla keinoilla: nestemäisen raudan jäätyminen sisemmässä ytimessä, mineraalifaasimuutokset, ulkoavaruuden vaikutukset, kitka maapallon vuorovesistä ja paljon muuta. Ja huomattava määrä lämpöä virtaa maasta ulos vain siksi, että planeetta jäähtyy, kuten sillä on sen syntymä 4,6 miljardia vuotta sitten.

Kaikkien näiden tekijöiden tarkat luvut ovat erittäin epävarmoja, koska maapallon lämpöbudjetti perustuu yksityiskohtiin planeetan rakenteesta, jota vielä löydetään. Myös Maa on kehittynyt, emmekä voi olettaa, mikä sen rakenne oli syvän menneisyyden aikana. Kuoren levytektoniset liikkeet ovat viimeinkin järjestäneet tuon sähköhuovan eoneille. Maan lämpöbudjetti on kiistanalainen aihe asiantuntijoiden keskuudessa. Onneksi voimme hyödyntää geotermistä energiaa ilman tätä tietoa.