Niemcy: Geotermia mogłaby ogrzać cały kraj
9 stycznia 2023
Temperatura jądra Ziemi wynosi ok. 6 tys. stopni Celsjusza. To tyle, co temperatura Słońca. Ok. 2 do 5 tys. metrów pod powierzchnią temperatura wynosi od 60 do 200 stopni, a w rejonach wulkanicznych blisko powierzchni – nawet 400 stopni Celsjusza.
Kiedy zaczęto używać geotermii?
Nasi przodkowie od dawna wykorzystywali energię geotermalną. Już w pierwszym wieku n.e. Rzymianie zamieszkujący tereny, gdzie obecnie leży Akwizgran czy Wiesbaden, ogrzewali swoje domy i łaźnie wodą z gorących źródeł.
Maorysi w Nowej Zelandii wykorzystywali ciepło ziemi do gotowania, a w Larderello we Włoszech w 1904 roku po raz pierwszy użyto geotermii do produkcji energii.
Regiony wulkaniczne generują prąd z geotermii
Ok. 400 elektrowni w 30 krajach wytwarza energię elektryczną dzięki ciepłu głębinowemu. Ich łączna moc to 16 gigawatów (GW).
Ten rodzaj wytwarzania energii ma szczególne znaczenie w regionach wulkanicznych wzdłuż Pacyficznego Pierścienia Ognia, w USA, Meksyku, Salwadorze, Islandii, Turcji, Kenii, Indonezji, na Filipinach oraz w Nowej Zelandii. Nie zmienia to faktu, że udział geotermii w produkcji energii wynosi globalnie zaledwie 0,5 proc.
Geotermia głęboka do zastosowania na całym globie
Energia geotermalna zyskuje na świecie coraz większe znaczenie. W ten sposób ogrzewa się baseny, budynki, szklarnie. Geotermia zasila również miejskie sieci ciepłownicze. Z odwiertów o głębokości do 5 tys. metrów wypompowuje się wodę o temperaturze do 200 stopni Celsjusza, wykorzystuje się to ciepło, a następnie schłodzoną wodę wpompowuje się z powrotem przez drugi odwiert, aby doszło do ponownego jej ogrzania.
Takie pozyskiwanie ciepła jest możliwe na całym świecie, tanie i coraz częściej stosowane także w krajach, gdzie nie notuje się aktywności wulkanicznych. Program Środowiskowy ONZ w raporcie na temat stanu energii odnawialnych szacuje, że moc geotermalnych elektrowni cieplnych wynosi obecnie 38 GW na całym świecie. To ponad dwa razy więcej niż moc elektrowni geotermalnych do produkcji energii elektrycznej.
Szczególnie Chiny (14 GW), Turcja (3 GW), Islandia (2 GW) i Japonia (2 GW) z wielką determinacją dążą do rozbudowy głębokiej geotermii i wykorzystują ją do ogrzewania coraz większej liczby dzielnic miast i szklarni. W Niemczech szczególnie Monachium wykorzystuje do celów grzewczych tanią energią geotermalną. Stolica Bawarii chce, by dzięki tej technologii, do 2035 jej sektor grzewczy był neutralny klimatycznie.
Również rząd niemiecki koncentruje się na rozbudowie głębokiej geotermii w celu zapewnienia neutralnego klimatycznie zaopatrzenia w ciepło do 2045 roku. Berlin chce wspierać rozwój głębokich źródeł ciepła za pomocą licznych środków. Według badań głęboka geotermia mogłaby przy mocy 70 GW wytworzyć w Niemczech około 300 terawatogodzin ciepła rocznie, co stanowiłoby ponad połowę przyszłego zapotrzebowania na ciepło wszystkich budynków.
Geotermia płytka z użyciem pompy ciepła
Coraz częściej sięga się również po płytką geotermię, do której używa się pomp ciepła. W odwiertach o głębokości od 50 do 400 metrów woda przepływa w zamkniętym systemie rur, z góry na dół i z powrotem. W tym procesie ogrzewa się od 10 do 20 stopni. Pompa ciepła wykorzystuje następnie tę energię do produkcji wody o temperaturze od 30 do 70 stopni, którą ogrzewa się budynki.
Naukowcy widzą w geotermii płytkiej podobnie duży potencjał cieplny, co w geotermii głębokiej. W Niemczech wyłącznie te dwie technologie mogłyby w przyszłości pokryć całe zapotrzebowanie na ogrzanie budynków.
Ile kosztuje ciepło z geotermii głębokiej?
Według analizy przeprowadzonej przez sześć niemieckich instytutów badawczych wytwarzanie ciepła za pomocą głębokiej geotermii kosztuje mniej niż trzy eurocenty (ok. 14 groszy) za kilowatogodzinę (kWh).
Jednak przed rosyjską inwazją na Ukrainę wytwarzanie ciepła przy użyciu gazu było dla wielu europejskich przedsiębiorstw komunalnych tańsze. Inwestowanie w budowę zakładów bazujących na technologii geotermii głębokiej nie wydawało się więc atrakcyjne.
Sytuacja zmieniła się całkowicie z powodu wojny i gwałtownego wzrostu cen gazu w Europie do ponad 12 eurocentów za kWh (ok. 56 groszy). Przedsiębiorstwa komunalne wykazują obecnie duże zainteresowanie geotermią w zakresie dostarczenia ciepła w mieście.
Czy geotermia wystarczy, aby nas ogrzać?
Potencjał energii geotermalnej jest niemal nieograniczony, a zarówno głęboka, jak i płytka technologia mogą pokryć zapotrzebowanie na ciepło niezbędne do ogrzania budynków w dowolnym miejscu na świecie.
Inaczej wygląda to jednak w przemyśle. W wybranych fabrykach wymagane jest ciepło o temperaturze przekraczającej 200 stopni Celsjusza, co na razie nie jest osiągalne za pomocą energii geotermalnej i pomp ciepła. Ekologiczną alternatywą jest ogrzewanie prądem, biogazem, biomasą lub zielonym wodorem.
Potrzebna zmiana priorytetów i mniej biurokracji
W ciągu ostatnich stu lat szczególnie przemysł naftowy i gazowy zgromadził na całym świecie wiedzę na temat podłoża naszej planety. Istnieją ku temu wykwalifikowane kadry i zaawansowana technologia wiertnicza.
Rolf Bracke, szef Instytutu Fraunhofera ds. Infrastruktury Energetycznej i Geotermii (IEG), przekonuje w rozmowie z DW, że infrastrukturę możnaby szybko rozbudować, gdyby przemysł naftowy i gazowy zwróciły się ku geotermii.
– Jeśli jednak firmy nadal będą koncentrować się na wydobyciu ropy i gazu, bo dzięki temu można zarobić więcej pieniędzy, jestem pesymistą – mówi Rolf Bracke. Bo wtedy do szybkiego rozwoju geotermii brakować będzie kadr i technologii.
Według eksperta przygotowanie do eksploatacji źródeł ciepła geotermalnego trwa od dwóch do trzech lat, ale przy założeniu, że w procesie nie przeszkodzi zbytnia biurokracja. Właśnie z powodu papierologii w Niemczech proces ten trwa nawet trzy razy dłużej. Niemiecki rząd zamierza jednak wprowadzić usprawnienia i do 2030 r. dziesięciokrotnie zwiększyć produkcję ciepła z głębokiej geotermii, tak aby wytwarzać ok 10 TW.
Czy geotermia głęboka może powodować trzęsienia ziemi?
W regionach aktywnych sejsmologicznie energia geotermalna może wywoływać niewielkie trzęsienia ziemi. Odpowiada za to woda wtłaczana pod powierzchnię pod zbyt wysokim ciśnieniem, która może wyzwolić istniejące tam napięcie. W niektórych przypadkach trzęsienia ziemi doprowadziły do pojawienia się pęknięć na budynkach, w konsekwencji czego zaniechano rozwoju tej technologii.
Rolf Bracke przekonuje, że nie zarejestrowano takich skutków w regionach, gdzie trzęsienia ziemi nie występują. Dodatkowo technologia jest ciągle udoskonalana. Stosuje się niższe ciśnienie wody i lepsze metody monitoringu, dzięki czemu można uniknąć wywołania trzęsienia ziemi na jej powierzchni.