8.5 Geothermische energie
8.5.1 Hoe werkt het?
Geothermische energie betekent letterlijk ‘aardwarmte energie’. Geo betekent ‘aarde’ en ‘thermisch’ staat voor warmte (denk maar aan thermometer). Bij deze vorm van energie wordt de warmte van de aarde benut. Tot 100 meter onder de grond is de warmte vooral afkomstig van de zon. In de zomer wordt de grond langdurig opgewarmd. Deze warmte wordt vastgehouden en kan in de winter benut worden. Een systeem dat hiervan gebruik maakt is de ‘warmtepomp’. Dit principe is uitgelegd in paragraaf 7.3.2.
Dieper in de aarde zijn soms warmwaterreservoirs of warm gesteente te vinden. Deze zijn niet door de zon opgewarmd maar vanuit het binnenste van de aarde. Zoals je weet bevindt zich namelijk in het diepste van onze aardbol een dikke laag groeiend heet gesteente, beter bekend als ‘lava’. De lava straalt warmte uit naar ondieper gelegen aardlagen. Over het algemeen geldt, hoe dieper je in de aardkorst boort en hoe dichter je bij de lava komt, hoe warmer het wordt. Op sommige plaatsen worden daardoor waterreservoirs verwarmd. De reservoirs kunnen gebruikt worden om warm water uit te halen. Meestal is de temperatuur hiervan zo hoog dat er stoom ontstaat. Met de stoom kan een turbine worden aangedreven en uiteindelijk elektriciteit worden opgewekt. Vaak wordt nieuw koud water het reservoir ingepompt om ervoor te zorgen dat de bron niet leeg raakt. Dit water warmt op en kan opnieuw gebruikt worden.
Fig. 8.5.1.1, doorsnede aarde, bron: geocities.nl
Om de hitte van gesteente te benutten wordt water onder enorme druk het gesteente in gepompt. Door de druk ontstaan speten in de ondergrond waar de vloeistof zich een weg door kan banen en zo langzaam opwarmt . Het hete water wordt vervolgens weer opgezogen om hiermee gebouwen te verwarmen of, als er stoom bij ontstaat, elektriciteit op te wekken. Soms worden speciale buizen in het gesteente aangelegd om water door te laten stromen. Het water neemt zo nog steeds de warmte van het gesteente op maar het voordeel is dat er niets in het gesteente verloren gaat.
Fig. 8.5.1.2
- water wordt in gesteente gepompt
- water warmt op in gesteente
- warm water wordt opgezogen
- water/stoom bereikt energie centrale
- uit stoom wordt elektriciteit opgewekt
In gebieden met vulkanische activiteit bevindt de lava zich relatief dicht bij het aardoppervlak. Hier kan je een speciaal soort warmwaterreservoir aantreffen. De reservoirs bevinden zich ondiep in de grond en kunnen water (of eigenlijk stoom) bevatten van enkele honderden graden Celsius. Door de enorme druk kunnen zulke watervoorraden spontaan uit de grond omhoog spuiten. Dit fenomeen is bekend als ‘geisers’. In plaats van de stoom te laten ontsnappen, kan het eerder weggepompt worden om het te gebruiken bij het verwarmen van huizen of bij de opwekking van elektriciteit. Meestal wordt het water hierna terug de grond in gepompt. Hiermee wordt de bron niet alleen geschikt gemaakt voor hergebruik, maar wordt de omgeving ook een hoop stank bespaard. Water uit vulkanische gebieden bevat namelijk een hoop zwavelverbindingen en de geur daarvan is te vergelijken met die van rotte eieren!
Figuur 8.5.1.3, een geiser
- (Engels) hoe water in gesteente wordt gemopt, opgewarmd en energie wordt opgewekt: http://www.youtube.com/watch?v=fyD7O_Qe-cw
- filmpje van een geiser: http://www.youtube.com/watch?v=l3lb2EjR4O4
8.5.2 Voor en nadelen
Geothermische energie is onuitputtelijk. Zolang de aarde warm blijft kan er gebruik van worden gemaakt bij het opwekken van elektriciteit en het verwarmen van gebouwen. Daarnaast is het een relatief schone energiebron. Alleen in vulkanische gebieden kunnen schadelijke stoffen in het water voorkomen maar als dit water weer terug de grond wordt ingepompt kan dit weinig kwaad. In vergelijking met kernenergie is men bij dit alternatief niet afhankelijk van kostbare grondstoffen zoals uranium. Alleen voor het aanleggen van de leidingen en het gebruik van de warmtepomp worden soms fossiele brandstoffen gebruikt. Deze hoeveelheid is echter te verwaarlozen.
Een nadeel is dat gebruikers in de buurt van de bron moeten wonen als deze niet wordt gebruikt om elektriciteit mee op te wekken, maar alleen als warmwaterbron. Als het water over grote afstand getransporteerd moet worden gaat hierdoor veel warmte verloren. Het grootste probleem van aardwarmte is echter het prijskaartje. De bodemtemperatuur is niet overal gelijk en daarom zijn eerst dure proefboringen nodig om te bepalen of een gebiedt geschikt is voor aardwarmtewinning. Daarnaast is de aanleg van het systeem zelf duur. Het opzetten van een systeem dat energie produceert uit aardwarmte kost tien keer meer dan het opzetten van een systeem voor energiewinning uit fossiele brandstoffen!
- (Engels) Verschillende studenten leggen uit hoe geothermische energie werkt en wat de voor en nadelen zijn: http://www.youtube.com/watch?v=5_tIJbfZNfk
8.5.3 Geothermische energie in Nederland
Vanwege de hoge kosten maken energieproducenten in Nederland nauwelijks gebruik van geothermische energie. De bodemopbouw in ons land verschilt regionaal en lokaal sterk op de diepten die voor aardwarmte nodig zijn en er zouden te veel dure proefboringen moeten plaatsvinden. Warmte in ondiepere bodemlagen, die afkomstig is van zonlicht, wordt in Nederland al wel gebruikt. In steeds meer plaatsen worden warmtepompen geplaatst om gebouwen te verwarmen.
In het buitenland is de situatie vaak gunstiger. Vooral in gebieden met vulkanische activiteit waar de warmte zich dicht bij het aardoppervlak bevindt, wordt aardwarmtewinning op grote schaal toegepast. In IJsland wordt bijvoorbeeld ruim 80% van de warmtevraag geleverd door aardwarmte. Aardwarmte wordt momenteel in ongeveer 60 landen benut. De totale hoeveelheid energie die uit deze bron wordt gehaald is voldoende om 7 miljoen huishoudens van verwarming en warm water te voorzien.
Ondanks de kosten kan geothermische energie in de toekomst een belangrijke rol gaan vervullen in ons land. Uit onderzoek blijkt dat in Nederland 90.000 PJ (PetaJoule) energie uit aardwarmte gehaald kan worden. Als je bedenkt dat hier in 2005 ongeveer 3300 PJ werd gebruikt is dat behoorlijk wat! Wat uiteindelijk onze belangrijkste alternatieve energiebron gaat worden zal in de toekomst moeten blijken...
Figuur 8.5.3, waar zal de elektriciteit in de toekomst vandaan komen?