Obljuba geotermalne energije

Ko se stroški goriva in električne energije povečujejo, ima geotermalna energija obetavno prihodnost. Podzemno toploto lahko najdemo kjer koli na Zemlji, ne le tam, kjer se črpa nafta, premog pridobiva, kjer sije sonce ali kjer piha veter. In ta proizvaja neprekinjeno, ves čas, z relativno malo upravljanja. Tukaj deluje geotermalna energija.

Ne glede na to, kje ste, če se boste vrtali skozi Zemljino skorjo, boste na koncu udarili vroče kamnine. Rudarji so v srednjem veku prvič opazili, da so na dnu globoki rudniki, in skrbno merjenje Od takrat so ugotovili, da ko trdna skala postane enkrat toplejša, ko enkrat preidete na površinska nihanja globina. V povprečju to geotermalni gradient znaša približno eno stopinjo Celzija na vsakih 40 metrov globine ali 25 C na kilometer.

Toda povprečja so le povprečja. Podrobno je geotermalni gradient na različnih mestih precej višji in nižji. Za visoke gradiente je potrebna ena od dveh stvari: vroča magma, ki se dviga blizu površine, ali obilne razpoke, ki omogočajo podzemni vodi učinkovito odvajanje toplote na površino. Vsaka od njih zadostuje za proizvodnjo energije, najboljše pa je imeti oboje.

Magma se dviga tam, kjer se skorja raztegne, da se lahko dvigne - noter divergentne cone. To se na primer zgodi v vulkanskih lokih nad večino subdukcijskih območij in na drugih območjih razširitve skorje. Največje razširjeno območje na svetu je greben srednjega oceana, kjer je znameniti, vroče črni kadilci so najdeni. Super bi bilo, če bi lahko odvajali toploto iz razpršenih grebenov, vendar je to mogoče le v dveh kraji, Islandija in korito Salton v Kaliforniji (in Jan Mayen pristaneta v Arktičnem oceanu, kjer nikogar življenja).

Območja kontinentalnega širjenja so naslednja najboljša možnost. Dobri primeri so porečje in območje porečja v ameriški zahodni in vzhodni afriški dolini Great Rift. Tu je veliko področij vročih kamnin, ki preplavijo mlade vdore magme. Vročina je na voljo, če lahko do nje pridemo z vrtanjem, nato pa začnemo črpati toploto s črpanjem vode skozi vročo skalo.

Vroči izviri in gejzirji po celotnem porečju in porečju kažejo na pomen zlomov. Brez zlomov ni vročega vrelca, le skriti potencial. Zlomi podpirajo vrelce na mnogih drugih mestih, kjer se skorja ne razteza. Znani topli izviri v Gruziji so primer, kraj, kjer v 200 milijonih let ni preletela nobena lava.

Visoke temperature in obilni zlomi so najboljši kraji za dovajanje geotermalne toplote. Globoko v tleh so lomni prostori napolnjeni s čisto pregreto paro, podzemna voda in minerali v hladnejšem območju nad tesnilom pa pod tlakom. Dostop v eno od teh con suhe pare je podoben priročnem velikanskemu parnemu kotlu, ki ga lahko priključite v turbino za proizvodnjo električne energije.

Najboljše mesto na svetu je izven meja - Nacionalni park Yellowstone. Danes proizvajajo moč le tri polja suhe pare: Lardarello v Italiji, Wairakei na Novi Zelandiji in The Geysers v Kaliforniji.

Druga parna polja so mokra - tako proizvajajo vrelo vodo in paro. Njihova učinkovitost je manjša od polj s suho paro, vendar jih na stotine še vedno prinaša dobiček. Pomemben primer je geotermalno polje Coso v vzhodni Kaliforniji.

Geotermalne elektrarne je mogoče zagnati v vroči suhi kamnini, tako da jo preprosto vrtate in zlomite. Nato se vanj dolije voda in toplota pobira v pari ali vroči vodi.

Električna energija se proizvaja bodisi z vžiganjem vroče vode pod tlakom v pari pri površinskih pritiskih ali s z uporabo druge delovne tekočine (na primer vode ali amoniaka) v ločenem vodovodnem sistemu za ekstrakcijo in pretvorbo toplota. Nove spojine se razvijajo kot delovne tekočine, ki bi lahko povečale učinkovitost, da bi lahko spremenili igro.

Navadna topla voda je koristna za energijo, tudi če ni primerna za proizvodnjo električne energije. Sama toplota je uporabna v tovarniških postopkih ali samo za ogrevanje stavb. Celotna država Islandije je skoraj popolnoma samozadostna z energijo zahvaljujoč vročim in toplim geotermalnim virom, ki naredijo vse, od vožnje turbin do ogrevanja rastlinjakov.

Geotermalne možnosti vseh teh vrst so prikazane v a nacionalni zemljevid geotermalnega potenciala izdan v programu Google Earth leta 2011. Študija, ki je ustvarila ta zemljevid, je ocenila, da ima Amerika desetkrat več geotermalnega potenciala kot energije v vseh svojih premogovih ležiščih.

Uporabno energijo lahko dobimo tudi v plitvih luknjah, kjer tla niso vroča. Toplotne črpalke lahko hladijo stavbo poleti in jo ogrevajo pozimi, samo s premikanjem toplote iz katerega koli kraja je toplejše. Podobne sheme delujejo v jezerih, kjer na jezerskem dnu leži gosta, hladna voda. Odmeven primer je sistem hlajenja vira na univerzi Cornell.

Na prvi približek zemeljska toplota prihaja iz radioaktivnega razpada treh elementov: urana, torija in kalija. Menimo, da je železno jedro skoraj nobenega od tega, medtem ko je podložen plašč ima le majhne količine. The skorjo, le 1 odstotek Zemljine mase, ima približno polovico toliko radiogenih elementov kot celoten plašč pod njim (kar je 67% Zemlje). V bistvu skorja deluje kot električna odeja na preostalem delu planeta.

Manjše količine toplote proizvajajo z različnimi fizikalno-kemijskimi sredstvi: zamrzovanje tekočega železa v notranjem jedru, spremembe mineralne faze, vplivi iz vesolja, trenje iz zemeljskih plimovanj in drugo. In velika količina toplote priteče iz Zemlje samo zato, ker se planet hladi, kot je od takrat njegovo rojstvo pred 4,6 milijarde let.

Natančne številke za vse te dejavnike so zelo negotove, saj se proračun Zemlje za toploto opira na podrobnosti strukture planeta, ki jih še odkrivamo. Tudi Zemlja se je razvijala in ne moremo domnevati, kakšna je bila njena zgradba v globoki preteklosti. Končno so ploščno-tektonski premiki skorje preuredili to električno odejo za eone. Zemeljski proračun za toploto je sporna tema med strokovnjaki. K sreči lahko geotermalno energijo izkoriščamo brez tega znanja.