Promisiunea energiei geotermale

Pe măsură ce costurile de combustibil și electricitate cresc, energia geotermală are un viitor promițător. Căldura subterană poate fi găsită oriunde pe Pământ, nu doar acolo unde este pompat petrolul, cărbunele este extras, unde soarele strălucește sau unde bate vântul. Și produce tot ceasul, tot timpul, cu o gestionare relativ mică. Iată cum funcționează energia geotermală.

Indiferent de locul în care te-ai afla, dacă te descurci prin crusta pământului, vei ajunge în cele din urmă la roca roșie-fierbinte. Minerii au observat pentru prima dată în Evul Mediu că minele adânci sunt calde în partea de jos și măsurători atente de atunci, am constatat că, odată ce ați trecut de fluctuațiile de suprafață, roca solidă crește constant mai cald adâncime. În medie, aceasta gradient geotermic este de aproximativ un grad Celsius pentru fiecare 40 de metri adâncime sau 25 C pe kilometru.

Dar mediile sunt doar medii. În detaliu, gradientul geotermic este mult mai mare și mai mic în diferite locuri. Gradientele mari necesită unul dintre cele două lucruri: magmă fierbinte care se ridică aproape de suprafață sau fisuri abundente care permit apelor subterane să transporte căldura eficient la suprafață. Oricare dintre ele este suficientă pentru producerea de energie, dar a avea ambele este cel mai bun.

Magma se ridică acolo unde crusta este întinsă pentru a o lăsa să se ridice zone divergente. Acest lucru se întâmplă în arcurile vulcanice deasupra majorității zonelor de subducție, de exemplu, și în alte zone de extindere a crustei. Cea mai mare zonă de extindere din lume este sistemul de creastă din mijlocul oceanului, unde se află celebrul, fierbinte fumători negri sunt găsite. Ar fi minunat dacă am putea atinge căldura de pe creste, dar acest lucru este posibil doar în două locuri, Islanda și Salton Trough din California (și Jan Mayen Land în Oceanul Arctic, unde nu este nimeni vieți).

Zonele de răspândire continentală sunt următoarea cea mai bună posibilitate. Exemple bune sunt regiunea Bazinului și Râului din Marea Valea Riftului din Vestul și Africa de Est americană. Aici există multe zone de roci fierbinți care se suprapun intruziunilor de magmă tinere. Căldura este disponibilă dacă putem ajunge la ea prin forare, apoi începe să extragem căldura prin pomparea apei prin roca fierbinte.

Izvoarele termale și gheizerele de-a lungul bazinului și al intervalului indică importanța fracturilor. Fără fracturi, nu există izvor cald, doar potențial ascuns. Fracturile susțin izvoarele fierbinți în multe alte locuri unde crusta nu se întinde. Celebrul Warm Springs din Georgia este un exemplu, un loc în care nu s-a scurs lavă în 200 de milioane de ani.

Cele mai bune locuri pentru a atinge căldura geotermală au temperaturi ridicate și fracturi abundente. Adânc în sol, spațiile de fractură sunt umplute cu abur pur supraîncălzit, în timp ce apa subterană și minerale din zona mai rece de deasupra se închid în presiune. A intra în una dintre aceste zone cu aburi uscate este ca și cum ai avea la îndemână un cazan de aburi uriaș pe care îl poți conecta la o turbină pentru a genera energie electrică.

Cel mai bun loc din lume este în afara limitelor - Parcul Național Yellowstone. Există doar trei câmpuri cu aburi uscate care produc putere astăzi: Lardarello în Italia, Wairakei în Noua Zeelandă și The Geysers din California.

Alte câmpuri de aburi sunt ude - produc apă clocotită, precum și abur. Eficiența lor este mai mică decât câmpurile cu aburi uscate, dar sute dintre ele obțin încă profit. Un exemplu major este câmpul geotermic Coso din estul Californiei.

Instalațiile de energie geotermală pot fi pornite în roca uscată fierbinte pur și simplu prin găurirea în jos și fracturarea acesteia. Apoi, apa este pompată în jos și căldura este recoltată în abur sau apă caldă.

Electricitatea este produsă fie prin aprinderea apei calde sub presiune în abur la presiunile de suprafață, fie prin folosind un al doilea fluid de lucru (cum ar fi apa sau amoniacul) într-un sistem separat de instalații sanitare pentru a extrage și transforma căldură. Compușii noi sunt în curs de dezvoltare ca fluide de lucru care ar putea spori eficiența suficient pentru a schimba jocul.

Apa caldă obișnuită este utilă pentru energie chiar dacă nu este potrivită pentru generarea de energie electrică. Căldura în sine este utilă în procesele din fabrică sau doar pentru încălzirea clădirilor. Întreaga națiune a Islandei este aproape complet autosuficientă de energie, datorită surselor geotermale, atât calde, cât și calde, care fac totul, de la conducerea turbinelor la încălzirea serelor.

Posibilitățile geotermale de toate aceste tipuri sunt prezentate în a harta națională a potențialului geotermic emis pe Google Earth în 2011. Studiul care a creat această hartă a estimat că America are de zece ori mai mult potențial geotermic decât energia din toate straturile sale de cărbune.

Energia utilă poate fi obținută chiar și în găuri superficiale, unde pământul nu este fierbinte. Pompele de căldură pot răci o clădire în timpul verii și o pot încălzi iarna, doar prin mutarea căldurii din orice loc este mai cald. Scheme similare funcționează în lacuri, unde apa densă și rece se află pe fundul lacului. Sistemul de răcire a sursei lacurilor de la Universitatea Cornell este un exemplu notabil.

La o primă aproximație, căldura Pământului provine din degradarea radioactivă a trei elemente: uraniu, toriu și potasiu. Credem că nucleu de fier nu are aproape niciunul dintre acestea, în timp ce supraviețuitorul manta are doar cantități mici. crustă, doar 1 la sută din volumul Pământului, deține aproximativ jumătate din aceste elemente radiogene ca întreaga manta sub ea (care este 67% din Pământ). De fapt, crusta acționează ca o pătură electrică asupra restului planetei.

Cantități mai mici de căldură sunt produse prin diferite mijloace fizico-chimice: înghețarea fierului lichid în miezul interior, modificări ale fazelor minerale, impacturi din spațiul exterior, frecare de pe valurile Pământului și altele. Și o cantitate semnificativă de căldură curge din Pământ pur și simplu pentru că planeta se răcește, așa cum a fost de atunci nașterea sa acum 4,6 miliarde de ani.

Numerele exacte pentru toți acești factori sunt foarte incerti, deoarece bugetul de căldură al Pământului se bazează pe detalii despre structura planetei, care este încă descoperită. De asemenea, Pământul a evoluat și nu putem presupune care a fost structura sa în timpul trecutului profund. În cele din urmă, mișcările placă-tectonice ale crustei au fost reamenajând acea pătură electrică pentru eoni. Bugetul de căldură al Pământului este un subiect controversat în rândul specialiștilor. Din fericire, putem exploata energia geotermală fără aceste cunoștințe.