Geotermiese energie

Geotermiese energie oftewel aardhitte of ondergrondse warmte (nie met geotermiese krag te verwar nie) verwys na die hitte (therme) wat deur die aarde (geo) voortgebring word. Daar word geskat dat planeet Aarde se kern temperature van tot 7 000 °C bereik, en hierdie hitte straal opwaarts deur die aarde se binnekant na die oppervlak. Dit is dieselfde hitte wat die tektoniese beweging van die plate op die mantel voortdryf. Waar twee plate van mekaar af weg beweeg, stoot magma deur die gaping op, en waar twee plate bots, word een gewoonlik gesubdukeer onder die ander een, wat dan lei tot wrywing en verdere hitte (asook die verdere skepping van magma).

Hierdie prosesse laat toe dat pluime verskriklik warm binne-aarde-materiaal in aanraking kom met die aarde se oppervlak, en sodoende hitte na die aarde se oppervlak vervoer. Seismiese aktiwiteit is mees algemeen in hierdie plaatgrensareas, so aardbewings en vulkane word meesal hier aangetref. In ander gevalle vorm groot poele magma onder die kors en hulle kan tot 'n miljoen jaar neem om af te koel. In hierdie gebiede stel diep verskuiwings die water in staat om diep af in die aarde te sypel – dit kan reënwater, water vanaf mere of damme, of selfs seewater wees. Hoe dieper na onder die water beweeg, hoe warmer word dit soos dit in aanraking kom met die magmapoele, en derhalwe sirkuleer dit terug na die oppervlak deur middel van konveksie. Die resultaat kan wissel vanaf warmwaterbronne, spuitbronne, of modderbronne … tot selfs geotermiese reservoirs indien die water vasgevang word deur 'n oorliggende ondeurlatende rotslaag. Hierdie geotermiese reservoirs is aansienlik warmer as hulle oppervlakkige teenpartye, en bereik temperature van tot 350 °C.

Sodanige reservoirs word opgespoor deur van 'n reeks geologiese, seismiese, elektriese en geochemiese middele gebruik te maak, en dan word putte geboor om die stoom en warm water vry te laat - wat, op hulle beurt, ingespan word om turbine-generators te laat draai om elektrisiteit in geotermiese kraginstallasies op te wek.

Oorsprong

Geotermiese energie is 'n energiebron wat as gevolg van gravitasionele botsings, atomiese reaksies en radioaktiewe splyting in die magma ontstaan. Die temperatuur styg gemiddeld met 25-30 °C per kilometer diepte, maar daar is uitsonderings. Plek-plek styg die temperatuur op 'n diepte van twee kilometer tot 360 °C. Hierdie verskynsel kom byvoorbeeld in Ysland, Italië, Nieu-Seeland en die Verenigde State voor. Kragopwekking deur middel van geotermiese stoom is vir die eerste keer in 1904 in die Italiaanse dorp Larderello suksesvol getoets, en sedert 1913 lewer 'n geotermiese kragsentrale elektrisiteit. Geotermiese krag kan egter ook naby die aarde se oppervlakte ontgin word. Alhoewel die klimaat in baie gebiede deur aansienlike lugtemperatuurskommelings tussen byvoorbeeld somer en winter gekenmerk word, verander die temperature in die boonste laag van die aardkors minder sterk. Vanuit die wiskundige standpunt bekyk, lyk die temperatuurskommelings op 'n soort harmoniese trilling. Teen 'n diepte van sowat vyf tot tien meter kom die temperatuur, wat in die grond gemeet word, min of meer ooreen met die jaarlikse gemiddelde temperatuur. Hierdie warmte word deur middel van spesiale borings na die oppervlak gepomp en veral vir die verwarming van geboue ingespan. In die somer kan elektrisiteit afkomstig van aardhitte egter ook vir verkoeling en lugreëling gebruik word.

Ondergrondse geologie

Die skouspelagtige vrystelling van energie tydens 'n vulkaniese uitbarsting lewer dramatiese bewys van die groot hoeveelheid energie wat onder ons voete lê.

Ongeveer dertig tot veertig kilometer soliede rots skei ons van 'n laag warm, gesmelte rots, genaamd magma. Daar word gereken dat dié laag ongeveer 2 900 kilometer diep strek. Die magma is te diep, te warm, en te gevaarlik vlugtig om direk as energiebron gebruik te word. Tóg ontsnap die warmte uitwaarts na die boonste rotslaag wat die aardkors vorm. Soms word water as gevolg van ongewone geologiese formasies in poreuse rotse 'n paar kilometer onder die oppervlak van die aarde vasgevang. Dié water absorbeer dan geleidelik baie van die uitwaartsvloeiende hitte om 'n groot reservoir warm geotermiese vloeistowwe te vorm. Geisers (spuitbronne) en warmwaterfonteine ontstaan waar natuurlike skeure in die rotslaag die warm vloeistowwe toelaat om na die oppervlak te ontsnap.

Die temperatuur styg dramaties hoe meer in die rigting van die kern beweeg word. By dye aardoppervlakplate wissel die temperatuur van 0 tot 1 000 °C, by die mantel van 1 000 tot 2 000 °C, by die onder-mantel van 2 000 tot 4 500 °C, en by die kern word dit 4 500 °C.

Gebruik van geotermiese energie

Die gebruik van geotermiese energie vir verwarming is ten minste so oud soos die antieke Romeinse badhuis. Die grootskaalse benutting daarvan moes egter wag op die tegnologie van die 20ste eeu.

Ysland benut sy vulkane, geisers en warmwaterbronne reeds in só 'n mater dat geotermiese verwarmingskemas in die behoeftes van die hoofstad, Reykjavik, voorsien. Dis 'n moeilike en duur taak om te voorkom dat daar groot hitteverlies is uit die warwaterpype wat die energie van die opwekkingsterrein af moet vervoer. Om hierdie rede is geotermiese verwarming nie in gebiede ver van die geotermiese bronne moontlik nie. Die Franse is ook gelukkig om baie sulke bronne naby hul woongebiede te hê, en het teen 1990 al 500 000 huise deur geotermiese energie verwarm.

Gebruike van geotermiese reservoirs

Gesondheidspa’s

Die kleiner reservoirs nader aan die oppervlak word gewoonlik direk in die vorm van gesondheidspa's (warmwaterbronne), visplase, asook vir ander industriële en huishoudelike toepassings gebruik. Mense het reeds sedert antieke Romeinse tye van warmwaterbronne vir ontspannings- en ander doeleindes gebruik gemaak, en hulle gewildheid neem steeds toe: in Rusland, byvoorbeeld, word nie minder nie as 3 500 spa's bedryf.

Kweekhuise

In die landbousektor word warm water vanuit die geotermiese reservoirs benut vir kweekhuise. Dit is 'n baie effektiewe wyse om verhoogde temperature vir bepaalde oeste te handhaaf. In werklikheid het sommige landbougemeenskappe in Europa reeds vir honderde jare op hierdie wyse van geotermiese reservoirs gebruik gemaak om te verseker dat hulle oeste deur die bitterkoue winterseisoene kan oorleef om suksesvol te wees.

Ander

Ander industriële toepassings sluit, onder andere, toepassings in akwakultuur (veral gewild in die Verre Ooste en die Verenigde State vir palings, alligators en tropiese visse), die varsprodukte-droogindustrie, melkpasteurisasie en die papiervervaardigingsproses in. Geotermiese kraginstallasies het die “groen” voordeel dat hulle nie gevaarlike kweekhuis-gasse vrystel, soos tradisionele fossielbrandstof-brandende kraginstallasies wel doen, nie. Geotermiese krag stel eerder net stoom (waterdamp) in die atmosfeer vry. Daar moet egter opgemerk word dat die verhittings-effek van kweekhuis-gasse versterk word deur die teenwoordigheid van waterdamp in die atmosfeer.

Toekomstige potensiaal

Sommige lande wat nie ondergrondse reservoirs besit nie, kan dit oorweeg om twee gate 'n ent van mekaar af in poreuse rotse te sink. Deur koue water in die een gat af te pomp, hoop hulle om 'n voorraad warm stoom uit die ander gat te verkry. Die koue water sal die warm rots afkoel, en die water sal deur die rots verhit word.

Aangesien hitte stadig van die kern van die aarde na buite uitstroom, kan energie wat van die reservoirs verkry word, nie dadelik vervang word nie. Geotermiese energie is dus nie vervangbaar in die leeftyd van die mens nie, maar sal uiteindelik oor 'n langer tydperk vervang kan word. Tóg is dié energiebron redelik konstant.

Sien ook