Jarðhiti útskýrður í hnotskurn

Enska orðið fyrir jarðhita, „geothermal“, er komið af grísku orðunum geo (jörð) og therme (varmi). Orkan sem leynist undir fótum okkar er eftirstandandi orka frá myndun plánetunnar auk dofnandi geislavirkra frumefna í jarðskorpunni. Varmaorkan streymir stöðugt frá kjarna jarðar til yfirborðsins og verður tiltæk í milljarða ára skeið.

Jarðhitinn er þannig byggður á þessu flæði varmaorku  úr iðrum jarðar. Til að fá jarðhitaorku leita jarðfræðingar að uppsprettum heits vatns, eða veitum, neðanjarðar. Þegar búið er að bera kennsl á uppsprettu er hún síðan opnuð með borholum. Þessar borholur eru venjulega á bilinu 10 til 15 sentímetrar í þvermál, með dýpi á bilinu nokkur hundruð metrar til nokkurra kílómetra, allt eftir tilganginum.

Nýting jarðhita er ekki ný af nálinni. Fólk hefur notað náttúrulegar heitar uppsprettur til upphitunar, eldunar og baða í þúsundir ára. Hins vegar var jarðhiti fyrst beislaður í jarðhitavirkjun sem framleiddi rafmagn í Larderello á Ítalíu árið 1904.

Eitt af einkennum jarðhitanýtingar er fjölbreytt notagildi hennar, eins og til dæmis:

Hitun og kæling

Hitun og kæling bygginga er algengasta notkun jarðhitans. Hún getur átt sér stað með beinni nýtingu á jarðhitavatni, þegar hitastig þess er nógu hátt, eða með hjálp varmadæla, sem nýta stöðugan berghita sem hitagjafa að vetrarlagi og til kælingar yfir sumarið. Hita- og kæliveitur sem nýta jarðhita gera heilum blokkum eða jafnvel samfélögum kleift að nota endurnýjanlega varmaorku til að stjórna hitastiginu innandyra.

Raforkuframleiðsla

Jarðhitavökvi er dreginn að yfirborðinu í gegnum borholur, og hann nýttur með mismunandi tækni til að knýja hverfla, sem framleiða rafmagn. Ef borholurnar eru mjög heitar og gefa eingöngu af sér gufu er hægt að nýta gufuna beint (þurrgufuvirkjun, e. dry steam plants). En oftast kemur blanda af gufu og vökva upp úr holunum og þá er þrýstingnum á jarðhitavökvanum stýrt þannig að sem mest gufa náist úr vökvanum með hvellsuðu, og gufan sem myndast svo nýtt (hvellsuðuvirkjun, e. flash power plant). Í báðum tilvikum knýr þessi gufa síðan hverfil.

Tvívökvaorkuver (e. Binary power plants) eru með tvöfalda hringrás og eru notuð fyrir jarðhitaauðlindir við lægra hitastig. Þar er yfirleitt notast við ferli sem er kallað Rankine-vinnslurás með lífrænum vinnuvökva (e. Organic Rankine Cycle, ORC). Í þessu tilviki fer jarðhitavökvinn í gegnum varmaskipti með öðrum vinnuvökva sem hefur lægra suðumark. Hitinn úr jarðhitavökvanum veldur því að þessi vinnuvökvi breytist í gufu sem knýr svo hverfilinn. Gufan er síðan loftkæld eða þétt með vatnskælingu. Jarðhitavökvanum er síðan dælt aftur niður í jörðina, en vinnsluvökvinn fer í nýjan hring í gegnum orkuverið þar sem hann sýður og þéttist til skiptis.

Jafnframt er hægt að nýta jarðhitavökvann enn betur frá jarðhitavirkjunum. Samþætt varma- og raforkuver framleiða þannig bæði rafmagn og heitt vatn, t.d. til húshitunar eða annarrar notkunar. Það telst mjög góð nýting á varmaorkunni í jarðhitavökvanum.

Frá matvælaiðnaði til vinnslu steinefna

Jarðhiti er einnig notaður í gróðurhúsum, ýmsum iðnaðarferlum, fiskeldisstöðvum og til að þurrka landbúnaðarafurðir auk pappírs, timburs og sements. Hann er frábær uppspretta hreinnar orku fyrir framleiðslu á grænu vetni og grænu ammoníaki í framtíðinni og það eru mörg tækifæri á að samþætta borholur við föngun og geymslu kolefnis. Jarðhitaauðlindir hafa einnig orðið eftirsóttar til að útvega gagnaverum hreina orku, sem og fyrir vinnslu steinefna eins og liþíums og kísils. Fjölbreytt notagildi jarðhitans hefur mikla breidd sem fer bara breikkandi.

Næsta kynslóð jarðhitatækni

Til orkuframleiðslu úr jarðhitakerfum þarf þrjá þætti:

• hita í bergi undir yfirborði jarðar;
• vökva til að flytja hitann upp á yfirborðið; og
• lekan (sprunginn eða gljúpan) berggrunn, svo að vökvinn komist í gegnum heitt bergið.

Þar sem þessa þrjá þætti – hita, vökva og lekt – er ekki oft að finna saman í náttúrulegu umhverfi er viðvarandi áhugi á að finna nýjar leiðir til að gera jarðhita aðgengilegan hvar sem er á jörðinni, líka þar sem náttúrulegar aðstæður uppfylla ekki þessar kröfur. Mörg þessara verkefna hafa verið unnin í samstarfi við olíu- og gasfyrirtæki og/eða nýta tækni sem fylgir þeim iðnaði. Oft er vísað til þessara verkefna sem næstu-kynslóðar jarðhitatækni. Hér á eftir er gerð grein fyrir þremur mest áberandi tegundum næstu-kynslóðar jarðhitatækni.

• Endurbætt jarðhitakerfi (Enhanced Geothermal Systems) notar varma-, vökva- eða efnaörvun til að skapa manngerða lekt eða brot í berginu neðanjarðar.
• Þróað jarðhitakerfi (Advanced Geothermal Systems), einnig kallað jarðhitakerfi í lokaðri hringrás, er kerfi með lokaðri hringrás sem veitir manngerðum vökvum í gegnum lokað lagnakerfi sem hitar vökvana upp.
• Yfirhitað heitt berg (Supercritical Hot Rock) er enn dýpra kerfi með hitastig yfir 400 gráður á Celsíus þar sem vatni er dælt inn og dreift. Vatnið er hitað upp og yfirþrýstingur aukinn þar til það verður „yfirhitað“, sem þýðir að það getur ferðast hraðar í gegnum bergið og varðveitt meiri orku í hverri massaeiningu sem gerir kerfið margfalt skilvirkara en hefðbundin jarðhitakerfi.

Fimm helstu kostir jarðhita

Yfirstandandi loftslagsvá og nauðsyn þess að skipta yfir í hreina orku hefur beint sjónum heimsins að aukinni nýtingu jarðhita og stóraukið fjárfestingu í henni. Hér eru sumir helstu kostir jarðhitans er lýst í hnotskurn.

Jarðhiti:

·      Er endurnýjanlegur orkugjafi.

·      Er „alltaf til staðar“ (þ.e. hann er grunnorka, orka sem ekki sveiflast) og býður upp á stöðuga orkuframleiðslu, allan sólarhringinn, alla daga vikunnar, alla daga ársins, óháð veðri eða árstíð.

·      Tekur lítið pláss. Jarðhitavirkjun notar 12 prósent af rými sólarorkubýlis til að framleiða eitt GW af rafmagni.

·      Er innlend uppspretta áreiðanlegrar orku sem dregur úr vægi innfluttrar erlendrar orku og/eða innfluttra jarðefna til orkuvinnslu.

·      Hefur fjölbreytt notagildi, þar á meðal fyrir rafmagnsframleiðslu, húshitun og -kælingu, iðnaðarferli fyrir framleiðslu og matvælaiðnað, baðlón og vellíðan, steinefnaframleiðslu svo fátt eitt sé nefnt. Áhugaverð tækni sem jarðhitinn getur stutt vel við með raforku og varma og/eða kælingu eru sem dæmi gagnaver og vetnisframleiðsla.