Jak získat energii z nitra Země. A jak to udělat levně

Získávání energie z pod povrchu země má dlouhou tradici. Obvykle jde o energie ve formě hmoty, kterou pak nad zemí spálíme. Pod zemí se ovšem skrývá energie volná, pravda ve své nejméně ušlechtilé podobě: jako teplo.

S každým kilometrem, který urazíme směrem do nitra Země teplota stoupne v průměru o 30°C. Zhruba tři kilometry pod povrchem tak je k dispozici voda, která by se dala využít například k vytápění. (Ne přímo, přes tepelný výměník, aby mineralizovaná voda nezanášela potrubí.)

Princip je jednoduchý: v podstatě stačí vytahovat ze země teplou vodu, teplo z ní “vytáhnout”, a pak se jí nějak zbavit. Nejčistší způsbo je ji jiným, blízkým vrtem vrátit do stejných hloubek. To sice stojí energii navíc, ale zase nemusíme řešit, co s vyčerpanou vodou z podzemí, která se kvůli velkému množství minerálů nemá prakticky žádné využití.

Kde to jde

Využití této tzv. geotermální energie je samozřejmě lákavá a lidé už s tím dlouhá desetiletí experimentují. Výsledky jsou ovšem až na výjimky horší, než by první pohled naznačoval. Aktuálně je produkce geotermální energie nejvyšší v USA (3,6 GW ), vysoká míra využití je díky příhodným geologickým podmínkám také na Filipínách (1,9 GW ) nebo v Indonésii (1,8 GW ). Nový Zéland má kapacitu 0,9 GW, Island 0,6 GW.

Silným hráčem na tomto poli začíná být Turecko, které v roce 2020 plánuje otevřít velkou geotermální elektrárnu využívající čtyři vrty do téměř pětikilometrové hloubky. Instalovaná kapacita země tak bude vyšší než všech zemí EU dohromady.

Zkušební vrt v českém středisku Ringen pro výzkum geotermální energie (foto: 
Ringen)
Zkušební vrt v českém středisku Ringen pro výzkum geotermální energie (kredit
Ringen)

Země EU získávají celkem 1,3 GW geotermální energie. Předpokládá se, že do roku 2050 by mělo dojít k výrazném, někde snad až tisícinásobnému nárůstu využívání geotermálním energie v každé ze zemí EU. Bude ale záležet na místních podmínkách, kterou nejsou všude stejné. Ostatně, my můžeme spíše závidět: některé oblasti těsně za českými hranicemi mají zřejmě výrazně větší potenciál než Česko.

V současné době je podíl elektrické energie získávané z geotermálních zdrojů v rámci EU cca 0,4 %. Udává se, že z celkového globálního potenciálu geotermální energie se v současné době využívá zhruba 1 %. V řadě zemí lze předpokládat velmi zajímavý potenciál rozvoje (Maďarsko, Chorvatsko, částečně snad i Slovensko).

V některých vybraných zemích je ovšem dnes podíl využívané energie dosti vysoký. Na Island je to například 28 %, v Salvadoru 25 %, v Keni 20 %. Z velkých evropských zemí má největší kapacity Itálie, která z geotermálu pokrývá zhruba 3 % své spotřeby.

Tři cesty

Prakticky se nabízí tři možnosti. První je provozovat velmi mělké vrty, které sahají do hloubky pár stovek metrů, a doplnit je tepelným čerpadlem. Není to masivní zdroj energie; ušetří zhruba 30 procent energie na vytápění, případně v létě na chlazení. Návratnost je tedy v řadě případů sporná, protože náklady na vrt jsou příliš vysoké.

Další možností je vrtata do již zmiňovaných hloubek kolem tří kilometrů. Zvláště pokud jsou hodně propustné (tedy ideálně nějaké měkčí usazeniny) je možné z takových hloubek celkem účinně čerpat vodu o teplotách, které se hodí na vytápění.

Třetí, technicky nejnáročnější možnost si žádá vrty do hloubek do míst, kde teploty dosahují alespoň 120°C. Což je většinou do hlouběk přesahujících čtyři kilometry. Pokud je v takovém vrtu dostatek vody (dává přes 100 litrů za minutu), lze z nich už vyrábět elektřinu i elektřinu.

Na většině míst světa jde ovšem výroba geotermální elektřiny příliš drahá. Už proto, že samotná geotermální elektrárna má ohromnou spotřebu. Některé zdroje spotřebuji polovinu vyrobené elektřiny na pohon čerpadel, které tlakují vodu do vrtů. Vyplácí se pouze v místech, kde tak hlubkové vrty nejsou zapotřebí (například Island, Filipíny, Turecko, západ USA a pár dalších).

Geotermální elektrárna Nesjavellir na Islandu. Tato druhá největší geotermální elektrárna na Islandu má výkon 120 MW elektřiny a 150 MW v teple. Ale využívá zcela ojediněle přiznivých podmínek Islandu. (foto: Gretar Ívarsson)

Návratnost vrtů do menší hloubek může být i v méně příhodných geologických podmínkách zajímavější. Návratnost by se teoreticky měla blížit hodnotám, které dělají geotermální energii zajímavým zdroj nízkoemisního tepla (zvláště pokud by emitující zdroje byly zatíženy uhlíkovou daní). Pokud se ovšem nestane problém…

Zatrápená zeměstření

Geotermální zdroj lze využívat pouze, pokud je hornina dostatečně propustná. V některých místech, především v měkkých a propustných sedimentech, to není problém. Někde – a vždy při vrtech do hodně velkých hloubek – tomu ovšem je nutné pomoci.

K tomu se používá dnes již velmi osvědčený těžební postup známý jako hydraulické štěpení. Spočívá v tom, že se do vrtu pod velkým tlakem vtlačí kapalina, která skály doslova roztrhá.

Ukázka hydraulického štěpení známého také jako “frakování” (anglicky “fracking”). Obrázek zachycuje i možnost vzniku štěpením vyvolaných otřesů, o kterých ještě budeme mluvit. (kredit: Mikenorton)

Štěpení je ve větších hloubkách nezbytné, má však svá rizika. Za určitých okolností (pokud je v místě například do té doby neznámý zlom) může vyvolat i poměrně silné otřesy.

Slavný, či spíše neslavný, je příklad z roku 2006, kdy se objevily otřesy na geotermálním projektu v Basileji. Tamní vrt byl hluboký cca 4,5 kilometrů a štěpení vyžadoval. V jeho důsledku (až po ukončení štěpení, ale téměř jistě v souvislosti s ním) tu došlo zemětřesení s magnitudem zhruba 3,4.

O několik let později, v roce 2013, došlo k problémům na dalším projektu v St. Gallenu. V tomto případě těžaři narazili na ložisko zemního plynu. Operatáři museli zabránit úniku plynu a využili k tomu připravenou speciální tekutinu. Při tom ovšem bohužel došlo k natlakování okolní horniny, které vedlo k nechtěnému štěpení usazenin relativně blízko povrchu. To znovu způsobilo otřesy o magnitudu 3,5. Po těchto událostech Švýcarsko přistupuje ke geotermální energií již velmi opatrně.

Podobných událostech lze podle odborníků nepochybně předcházet, či přesněji lze riziko jejich vzniku výrazně snížit. Problém je ovšem v tom, že stačí jedna chyba, nerozvážnost či smůla a i slibný projekt může skončit. Ani energie z nitra Země není “bezpracná”.

Související články

Vložit komentář...