Hvordan kan jordvarme utnyttes? Vi spør seniorforsker Hieu Nguyen Hoang ved avdeling for materialer og nanoteknologi ved Sintef Industri.
1. Hva er jordvarme?
Jordvarme, eller geotermisk energi, er energi lagret som varme under jordens overflate. Om kloden hadde størrelsen til et egg, ville ikke jordskorpen vært tykkere enn eggeskallet.
Omtrent 2900 kilometer under jordskorpen er den varmeste delen av planeten vår: kjernen. En liten del av kjernevarmen er restvarme fra jordens tilblivelse. Resten av varmen har opphav i prosesser som kontinuerlig bryter ned radioaktive stoffer i jordskorpen. Den kan omdannes til energi som er fornybar, CO2-fri og stabil.
Om vi klarer å hente ut litt av den geotermiske varmen, er det nok til å forsyne hele jorden med ren energi.
2. Hvordan fungerer jordvarme?
For å utnytte jordvarme, borer man gjennom jordskorpen. Den kan hentes fra en såkalt produksjonsbrønn som bores ned i energibærende fluider, som for eksempel grunnvannet i reservoar. Jo dypere, jo mer energi.
En forutsetning for å få varmen opp fra dypet, er at vannet i reservoaret kan flomme inn i brønnen og opp til overflaten. Derfor jobbes det stort sett med relativt porøse formasjoner med naturlige sprekker, så vannet kan bevege seg i formasjonene.
Trykket i brønnen gjør at varmt vann og damp stiger. Energi som strømmer opp til overflaten, kan fanges og brukes til produksjon av elektrisitet, fjernvarme og generell oppvarming og nedkjøling avhengig av temperaturen. Til slutt ledes avkjølt vann tilbake til reservoaret gjennom en annen brønn – en injeksjonsbrønn.
Lavtemperatur geotermisk energi oppnås fra varmelommer på 40–150 grader og er mest effektiv til oppvarming. For å produsere elektrisitet effektivt, må man bore dypt nok for å hente ut høytemperatur geotermisk energi >150 grader. Vannet i form av damp hentes og brukes direkte til å produsere kraft i dampturbiner.
3. Hvem kan ha jordvarme?
Teoretisk sett alle. Geotermisk energi kan nås og brukes som varmekilde nesten hvor som helst. De fleste kilder med lavtemperatur geotermisk energi til oppvarming finnes få hundre meter under bakken og kan brukes til drivhus, boliger, fiskerier, jordbruk, veianlegg og industrielle prosesser. Flere brønner ble boret på Avinor Oslo lufthavn for oppvarming og å holde den snøfri.
Jordens temperatur stiger med dybden fra overflaten til kjernen. Denne gradvise endringen i temperatur er kjent som den geotermiske gradienten. I vulkansk aktive land som Island, Italia, Japan, Mexico, USA og Indonesia er høytemperatur geotermisk energi tilgjengelig for kraftproduksjon relativt nær jordens overflate.
I mesteparten av verden er gradienten ca. 25 grader pr. kilometer dybde. For å hente ut høytemperatur jordvarme >150 grader må man bore ca. 6–8 kilometer. Om grunnvannet ikke kan bevege seg i formasjonen, kan man teoretisk sett lage et lukket system eller kunstig oppsprekking i bergarter for å sirkulere vann. I praksis hindres det kun av manglende teknologi og ressurser.
4. Hva er fordelene og ulempene?
Jordvarme har mange fordeler. Den er en av de mest fornybare, miljøvennlige og ubegrensede energikildene. Den finnes overalt og kan utnyttes uavhengig av vær og tid, men det koster.
Kostnaden for å bygge jordvarmeanlegg er ganske høy. For kraftproduksjon er kostnaden også knyttet til leting og kartlegging av naturlige geotermiske reservoar, og boring av dype brønner. Langsiktig kan investeringskostnaden kompenseres av lengre levetid og lave vedlikeholdskostnader. Lykkes man, kan elektrisitet produsert fra geotermisk varme være et lønnsomt alternativ til sol og vind.
Kostnaden for geotermisk energi kan bli enda lavere dersom vi lykkes med å bore til reservoarer med superkritisk vann med superhøytemperatur >374 grader og høytrykk >220 bar.
5. Hva bør forskningen fokusere på fremover?
Geotermisk energi brukes i mange land, også i Norge. For å utnytte jordvarme effektivt i større skala, trengs forskning på mange områder. Utvikling av kosteffektiv og pålitelig lete-, bore- og loggeteknologi og brønnbygging gjør det mulig å bore dypere og hente ut energi fra høyere temperatur og høyere reservoartrykk. Ikke minst er det viktig å jobbe med humaniora og samfunnsvitenskap. Energikilden er relativt ung, og samfunnet er kanskje ikke klar over den.
.png){kind=logo}
Det er viktig å involvere publikum og beslutningstakere så jordvarme aksepteres som en viktig fornybar energikilde og implementeres i større skala. Hele verden har behov for energi til oppvarming/avkjøling. Mange bruker kull og strøm for å varme opp huset. I Norge går 50 prosent av produsert strøm til oppvarming. Om vi kunne oppskalere ren og fornybar geotermisk energi, unngår vi mye CO2-utslipp og at millioner fryser om vinteren.
Denne artikkelen ble først publisert i TU-magasinet, nr. 10/2021
Ørsted: Skrinlegger planene om Europas største metanolfabrikk
