Knowable Magazine bevatte een artikel van Katarina Zimmer over geothermische energie. Deze werd lang beschouwd als slechts een kleine energiebron, toe te passen op speciaal geschikte plaatsen; maar is nu ruimer toepasbaar, in staat om duurzame bronnen aan te vullen. Dankzij nieuwe technologieën.
Klein maar fijn
Zimmer begint met een beschrijving van Project Red, een plaats in de Nevada woestijn; hier wordt water ruim duizend meter onder de grond gepompt, ‘waar rotsen heet genoeg zijn om een kalkoen te roosteren’. En dan zuigt de installatie het opgewarmde water weer op. Het is heet genoeg om generatoren aan te drijven.
Een tijdlang zat geothermische energie naar verhouding in een klein hoekje. Alleen voorkomend in vulkanische gebieden als IJsland, waar hete bronnen opspringen uit de grond. Maar nu lijkt geothermische energie ook op andere plaatsen winstgevend te kunnen zijn. Dat is te danken aan enthousiastelingen die de prijs omlaag hebben gekregen. Sommige experts hopen dat nieuwe pogingen als Project Red nu goedkoop genoeg zijn om een ommekeer te bewerkstelligen. Dankzij technieken ontwikkeld bij het boren naar olie en gas.
Goedkoper worden
Op dit moment draagt geothermische energie voor minder dan 1% bij aan de elektriciteitsopwekking wereldwijd. Maar deze zou een aantrekkelijk hulpmiddel kunnen worden bij het losmaken van het energiesysteem van fossiele brandstoffen: hij kan zorgen voor backup bij variabele energiebronnen als zon en wind.
Maar daarvoor moet deze wel goedkoop genoeg zijn. Daarvoor is hete rots nodig, doorlaatbaar genoeg voor water. Als water of stoom heet genoeg is – idealiter tenminste rond 150oC – kan deze bovengronds worden gehaald en gebruikt om generatoren voor elektriciteit mee aan te drijven. Dat wordt hier en daar ook al gedaan. Knowable Magazine meldt dat in Kenia bijna 50% van de elektriciteit uit geothermie afkomstig is. IJsland krijgt 25% van zijn elektriciteit uit deze bron, Nieuw Zeeland 18% en Californië 6%.
Toegang, daar gaat het om
Maar gemakkelijk toegankelijke geothermie is er nauwelijks meer; daarom moeten mensen nieuwe technieken ontwikkelen om deze bron te exploiteren. En dat is precies wat ingenieurs de afgelopen vijftig jaar hebben gedaan. Er is heel veel geothermie – de toegang is het probleem. Daartoe moet vaste rots worden gebroken (fracked) zodat water erin kan doordringen en opgewarmd wordt. De kunst van fracking is ontwikkeld in de olie- en gasindustrie en is nu volwassen genoeg om te worden toegepast in de geothermie. We pompen dan water onder hoge druk in de bronnen, tot een paar kilometer diep, om scheuren te veroorzaken in de rotsen. De opengemaakte rots en water maken samen een ondergrondse radiator; waar water opwarmt voordat het door een tweede put naar boven komt.
De afgelopen decennia zijn er veel zulke bronnen geboord. Vooral in de Verenigde Staten, Europa, Australië en Japan. De meeste daarvan experimenteel van karakter en mede betaald door de overheid. Met gemengde resultaten. In Zuid-Korea vond een ernstige aardbeving plaats bij een boorgat. Waarschijnlijk was er een tectonische scheur geactiveerd door de fracking. De bron werd direct gesloten. Bij sommige andere bronnen ontstonden niet genoeg scheuren voor een goede warmtewisseling. Sommige scheuren gingen de verkeerde kant op, waardoor de twee boorgaten niet werden verbonden.
Geothermische elektriciteit
Maar sommige pogingen leverden een goede centrale op; waaronder een aantal Duitse en Franse systemen, geboord tussen 1987 en 2012 in de Rijnvallei. Daar maakten ingenieurs gebruik van bestaande spleten in de rots. Maar in het algemeen heeft men gewoon niet genoeg belangstelling gehad voor de ontwikkeling van geothermie tot een meer betrouwbare en betaalbare technologie; zegt geofysicus Dimitra Teza van onderzoeksinstituut Fraunhofer IEG in Karlsruhe, Duitsland. Ze heeft geholpen bij de ontwikkeling van een aantal boorgaten in de Rijnvallei. ‘Niet eenvoudig voor de industrie’.
Lang bleef geothermische elektriciteit beperkt tot vulkanische streken; daar is ondergrondse warmte goed toegankelijk. Maar nu zijn boor- en fracking-technologieën sterk gevorderd, dankzij de opkomst van olie en gas uit schalievoorraden sinds 2010. Zo boorden ingenieurs bijvoorbeeld bijna 2400 meter in de rotsen van Nevada, waar de temperatuur opliep tot bijna 200oC. Beneden boorden ze een kilometer lange horizontale gang, om het rotsgebied te vergroten van waaruit ze warmte konden winnen. Deze techniek wordt gebruikt in de olie- en gasindustrie om de opbrengst op te krikken. Verder braken ze op deze diepte de rots om het effect nog te versterken.
Winstgevend
Maar de vraag is: hoe winstgevend zijn deze nieuwe systemen op de lange duur? Eén voordeel is dat ingenieurs de uitgangspoort kunnen dichtmaken. Daardoor wordt druk en warmte opgebouwd. De energie kan dan worden gebruikt wanneer deze het meeste opbrengt. Samen met zonne- en windenergie bijvoorbeeld zou geothermische energie dan vooral worden gebruikt op bewolkte en windstille dagen.
Toch moet geothermie nog worden opgeschaald om winstgevend te worden. In de VS is $60 miljoen toegezegd aan drie demonstratieprojecten. En er zijn grote ambities. Volgens het Amerikaanse agentschap zou tegen 2050 wel rond 60 GW (60.000 MW) geïnstalleerd kunnen zijn in de VS. Dit zou 8,5% van de nationale behoefte aan elektriciteit dekken – meer dan 20 keer zoveel als nu. En het zou tegen 2050 een grote bijdrage leveren aan nul koolstofuitstoot.
Nog slimmere technieken
Nog slimmere technieken kunnen een bijdrage leveren aan zo’n toekomst. Sommige bedrijven onderzoeken de haalbaarheid van geothermie uit ‘zeer hete rotsen’. Daarvoor zouden we nog dieper moeten boren in de aardkorst; tot waar water in een superkritische fase komt, waarbij het veel meer energie kan overdragen dan alleen stoom of vloeistof dat kunnen. In Zuid-Duitsland doen ze daarmee een proef.
En er zitten misschien nog meer voordelen aan geothermische systemen. Het zoute water dat uit de Aarde komt kan veel lithium bevatten, en andere kritische mineralen – materialen die worden gebruikt voor groene technologieën als zonnepanelen en batterijen in elektrische auto’s. Geothermische energie is in opkomst. Zelfs olie-en gasbedrijven denken er nu over, te diversifiëren naar geothermische energie.
Interessant? Lees dan ook:
Energieopslag in de transitie
Europa en de energietransitie
100% zon, wind en batterijen: het gebeurt al