الطاقة الحرارية الأرضية (Geothermal energy)

يعود تاريخ الطاقة الحرارية الأرضية إلى العصور القديمة، حيث تم استخدامها للتدفئة والاستحمام، وبالفعل لا تزال الينابيع الساخنة موجودة بشكل كبير في جميع أنحاء العالم، ونظراً لأهمية هذه الطاقة من وجهة نظر العلماء فإنه يعتقد العديد من هؤلاء العلماء بإنه أذا تم العناية بهذه الطاقة فإنها ستصبح طاقة المستقبل على المدى القريب.

ما هي الطاقة الحرارية الأرضية؟

نشأ مصطلح الطاقة الحرارية الأرضية من الكلمات اليونانية (Geo) والتي تعني الأرض والحرارة، وقد يشير هذا الاشتقاق بسرعة إلى تعريف الطاقة الحرارية الأرضية: وهي عبارة عن الحرارة المنبعثة من تحت سطح الأرض، حيث تشكلت هذه الطاقة داخل الأرض بفعل اضمحلال المعادن والغابات منذ عدة سنوات، وتقليديا كانت تستخدم  هذه الطاقة لأغراض الاستحمام والتدفئة، واليوم يستخدم أيضاً لتوليد الكهرباء.

كما إن الطاقة الحرارية الأرضية هي مصدر للطاقة المتجددة، مما يعني أنها لا تنضب للبشر في المستقبل، وإنها أيضاً مصدر أخضر للطاقة، مما يعني أنه لا ينبعث منها أي غازات دفيئة والتي قد تشكل خطورة على صحة الإنسان والبيئة.

مصادر حرارة الطاقة الأرضية

لقد افترق العلماء بشكل مستمر للبحث عن المصدر الحقيقي للحرارة لتوليد الطاقة الحرارية الأرضية، ولكن فإن البحث الدقيق المتتالي قد اقترب من هذا التفسير، حيث كان التفسير ينص على: ما يقرب من 4000 ميل تحت سطح الأرض يسمى بالطاقة الحرارية الأرضية، وعادةً ما يتم إنتاجها في أعماق قلب الأرض.

وبشكل عام يتكون لب الأرض من ثلاث طبقات: أولاً القشرة الخارجية من السيليكات الصلبة، ثانياً غطاء شديد اللزوجة، ثالثاً لب خارجي سائل، وعادةً ما يتكون هذا اللب الخارجي من صهارة شديدة السخونة أو صخور ذائبة ملفوفة حول مركز صلب يعرف بالنواة الداخلية، وقد يولد التحلل البطيء للمواد المشعة إلى درجات حرارة عالية للغاية داخل الأرض باستمرار.

وتنقسم القشرة الأرضية إلى أجزاء عديدة تعرف باسم الصفائح، وعند حواف هذه الصفائح تجد الصهارة طريقها بالقرب من سطح الأرض، ومن ثم تنتشر البراكين في هذه المناطق، وعندما يحدث بركان تندلع الحمم البركانية من أسفل، وهذه الحمم هي عبارة عن صهارة جزئية، وتحت سطح الأرض تمتص المياه والصخور الحرارة من هذه الصهارة، وهي أهم مصدر من مصادر الطاقة الحرارية الأرضية.

يعد استخدام الطاقة الحرارية الأرضية لتوليد الكهرباء صناعة جديدة إلى حد كبير والتي ظهرت في عام 1904 في إيطاليا، حيث قام الإيطاليون أولاً بتشغيل مولد توربيني باستخدام بخار طبيعي ينطلق من تحت الأرض، كما شهد عام 1960 أول تشغيل ناجح لمحطة توليد الطاقة الحرارية الأرضية على نطاق واسع في شمال كاليفورنيا.

وقد يحدث تحويل الطاقة الحرارية الأرضية إلى كهرباء عادةً من خلال محطة لتوليد الطاقة الحرارية الأرضية، حيث تقوم محطة توليد الكهرباء بتسخير البخار من الماء الساخن تحت سطح الأرض لتشغيل التوربينات، والتي تنشط فيما بعد مولداً لإنتاج الكهرباء، كما تستخدم بعض محطات توليد الطاقة الحرارية الأرضية البخار لتشغيل التوربين مباشرة، ويستخدم البعض الآخر البخار لتسخين سائل يستخدم لتشغيل التوربين.

وأيضاً اعتماداً على درجة الحرارة وتدفق السوائل (البخار) يمكن استخدام الطاقة الحرارية الأرضية لتوليد الكهرباء، حيث يمكن لمحطات الطاقة الحرارية الأرضية إنتاج الكهرباء بعدة طرق، وعلى الرغم من الاختلافات في التصميم تتحكم هذه الطرق في سلوك البخار ويستخدمونه لتشغيل المولدات الكهربائية، وبالنظر إلى أن بخار الماء الزائد في نهاية كل عملية يتم تكثيفه وإعادته إلى الأرض يتم إعادة تسخينه لاستخدامه لاحقاً.

الآثار البيئية للطاقة الحرارية الأرضية

تشمل الآثار البيئية لتنمية الطاقة الحرارية الأرضية وتوليد الطاقة (الكهرباء) التغيرات في استخدام الأراضي المرتبطة بالاستكشاف وبناء المصانع والضوضاء وتلوث البصر وتصريف المياه والغازات وإنتاج الروائح الكريهة وهبوط التربة، ومع ذلك قد يمكن حقاً التخفيف من معظم هذه التأثيرات بالتكنولوجيا الحالية، وبهذا لا يكون لاستخدامات الطاقة الحرارية الأرضية سوى تأثير ضئيل على البيئة.

كما تتمثل إحدى طرق مقارنة التأثير البيئي لتقنيات توليد الكهرباء المختلفة في تحليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في دورة حياتها، حيث لا تؤدي محطات الطاقة الحرارية الأرضية فقط إلى تلوث أقل بشكل كبير من محطات توليد الطاقة بالوقود الأحفوري ولكنها تؤدي أيضاً أداءً مشابهاً للتقنيات المتجددة الأخرى.

ولكن القلق البيئي الرئيسي الذي يأتي مع محطات توليد الطاقة الحرارية الأرضية هو احتمال عدم استقرار السطح، ونظراً لأن محطات الطاقة الحرارية الأرضية تزيل الماء والبخار من الخزانات الموجودة داخل الأرض فإن الأرض الموجودة فوق تلك الخزانات يمكن أن تغرق ببطء بمرور الوقت.