الطاقة الحرارية الجوفية وأثرها على البيئة

ما هي الطاقة الحرارية الجوفية؟

الطاقة في كل مكان حولنا وهي تتبع قوانين طبيعية دقيقة، حيث أن الكون لديه إمداد وافر من الطاقة ولا يمكن خلقه أو تدميره، تأخذ الطاقة أشكالًا مختلفة مثل الطاقة الحركية أو الكامنة جنبًا إلى جنب مع مجموعة واسعة من الخصائص والصيغ، تأتي طاقة كوكبنا من مصادر خارجية وداخلية فمثلاً الشمس هي المصدر الخارجي الرئيسي لطاقة الكوكب التي تقود أنظمة معينة مثل الطقس والمناخ، تشمل المصادر الداخلية لطاقة الأرض الطاقة الدورانية من دوران الأرض والطاقة الحرارية الأرضية من النظائر المشعة.
يمكن حصاد هذه الأشكال من الطاقة لتوليد الكهرباء، حيث تتضمن الطريقة التقليدية لتوليد الكهرباء حرق الوقود الأحفوري، تُستخدم الحرارة الناتجة عن احتراق الوقود الأحفوري في تشغيل التوربينات التي تدور مغناطيسًا والتي بدورها تخلق تغييرات في المجال المغناطيسي مرتبطة بسلك ملفوف يحفز الإلكترونات ليتم تحفيزها للتدفق في السلك على شكل كهرباء.
ومع ذلك فإن إنتاج الطاقة الحرارية الأرضية لا ينطوي على حرق أي وقود أحفوري لتوليد الكهرباء، بدلاً من ذلك يتم تركيب أنظمة الطاقة الحرارية الجوفية لاستخراج الماء الساخن من خزان الماء الساخن تحت سطح الأرض وتحويل الماء الساخن إلى بخار والذي يتم توجيهه لتحويل التوربينات، يعمل التوربين المقترن بمغناطيس كهربائي أو مولد كهربائي على توليد الكهرباء.
الطاقة الحرارية الجوفية: هي حرارة مستخرجة من تحت سطح الأرض وتستخدم في أنشطة مختلفة مثل التدفئة والتبريد والاستحمام والتطبيقات العلاجية، عندما حدث تشكل الأرض قبل 4.5 مليار سنة تم تشغيل عمليات مختلفة أدت إلى زيادة حرارة باطن الأرض عن سطح الأرض، تظهر الأدلة على درجات الحرارة المرتفعة للغاية أدناه من خلال الانفجارات البركانية والسخانات التي شهدتها جميع أنحاء العالم.

مساوئ الطاقة الحرارية الجوفية:

يستفيد العديد من مالكي المنازل من الحرارة الجوفية الوفيرة عن طريق تركيب أنظمة تدفئة وتبريد مبتكرة قادرة على إبقائهم دافئين في الشتاء وبرودة في الصيف، وخفض فواتير الخدمات بنسبة تصل إلى 50٪ وحفظ الطبيعة الأم من التلوث، في حين أن مزايا الطاقة الحرارية الجوفية كثيرة فمن الجيد أن تتعرف على الجوانب السلبية، وفيما يلي بعض مساوئ الطاقة الحرارية الجوفية:

• الطاقة الحرارية الجوفية لها تكاليف رأسمالية أولية عالية: تكلفة حفر الآبار لخزان الطاقة الحرارية الجوفية باهظة الثمن لا سيما أن نضيف تكلفة تركيب نظام التدفئة والتبريد وسترتفع التكلفة أكثر، على الرغم من وجود عائد استثمار يمكن التنبؤ به إلا أنه قد لا يحدث بسرعة، تتراوح تكلفة تركيب مضخة حرارية جوفية في منزل أساسي من 10000 دولار إلى 20000 دولار والتي يمكن أن تؤتي ثمارها بمرور الوقت (من 5 إلى 10 سنوات).
  
• مخاوف بيئية: هناك بعض المخاوف البيئية المتعلقة بالطاقة الحرارية الجوفية، يُعد استخدام المياه أحد الاهتمامات الكبيرة لأن الطاقة الحرارية الجوفية تستخدم الكثير من المياه في عملياتها وما إلى ذلك، هناك أيضًا عدد من المركبات المختلفة التي تدخل الهواء والماء والأرض نتيجة لهذه العملية بما في ذلك تصريف ثاني أكسيد الكبريت والسيليكا وكلاهما يمكن أن يضر بالبيئة إذا لم تكن حريصًا حيال ذلك.
  
• قد تطلق غازات ضارة: تحت سطح الأرض توجد كمية كبيرة من غازات الدفيئة، حيث يمكن أن يؤدي تسخير الحرارة إلى هجرة هذه الغازات إلى سطح الأرض وتلويث الهواء، هذه الأنواع من الانبعاثات منتشرة، حيث توجد محطات توليد الطاقة الحرارية الجوفية وترتبط بانبعاثات السيليكا وثاني أكسيد الكبريت، إضافة إلى ذلك قد يحتوي الخزان على معادن ثقيلة سامة مثل الزرنيخ والبورون والزئبق.
  
• مناسبة لمنطقة معينة: من الصعب العثور على خزانات جوفية رائعة، حيث تمثل الطاقة الحرارية الجوفية حوالي ثلث احتياجات الكهرباء في أيسلندا والفلبين، الجانب السلبي هو أن المواقع الجيدة لتوليد الطاقة الحرارية الجوفية تحدث بعيدًا عن المدن أو السكان، يجب أن تجد موقعًا يحتوي على النوع الصحيح من الصخور الساخنة وأفضل المواقع لإنتاج الطاقة الحرارية الأرضية هي المناطق البركانية العالية.
  
• تكلفة تشغيل المضخة: لا تزال المضخات الحرارية الجوفية بحاجة إلى مصدر طاقة يمكنه تشغيلها، حيث تحتاج المضخات إلى كهرباء لتشغيل هذه المضخات ويمكنها نقل الطاقة من باطن الأرض إلى المنزل، بالنسبة لمالك المنزل الذي يخطط ليصبح صديقًا للبيئة يمكنه استخدام عدد قليل من الألواح الشمسية التي يمكنها تشغيل المضخة الحرارية لسحب الطاقة من خزان الأرض.
  
• يجب تشغيل مضخات الحرارة الجوفية: على الرغم من أن الطاقة الحرارية الجوفية هي بديل رخيص لتدفئة وتبريد المنازل إلا أن المضخات الحرارية الجوفية تتطلب الكهرباء لتشغيلها، إذا قمت بتثبيت مضخة حرارية جوفية غير فعالة فقد تشهد ارتفاعًا في فواتير الكهرباء.
  
• قد تتعرض مواقع الطاقة الحرارية الجوفية لموجة جفاف: قد تنخفض الحرارة الجوفية القادمة من الخزان أدناه أو ينفد البخار حتى بعد سنوات من النشاط، قد تستمر فترة الجفاف لعقود ولهذا يوصى باستخدام الحرارة بحذر وعدم إساءة استخدامها، يمكن أن يؤدي الاستخدام غير السليم أيضًا إلى التوزيع السيئ للحرارة.
  
• قضايا الاستدامة: على الرغم من أن معظم الدراسات البحثية تشير إلى أن الخزانات الحرارية الأرضية دائمة، إلا أن بعض الدراسات تشير إلى أنه يمكن استنفادها إذا تم استخراج المياه بشكل أسرع مما يمكنها تجديد نفسها، قد يكون هذا مشكلة بالنسبة للتدفئة والتبريد في المناطق السكنية، حيث يتم استخدام الطاقة الحرارية الجوفية بشكل مختلف عند تسخين وتبريد المنازل مقارنة بمحطات الطاقة الحرارية الجوفية.
  
• يمكن أن يسبب عدم استقرار في السطح: يمكن أن يتسبب بناء محطات الطاقة الحرارية الجوفية في عدم استقرار السطح وإحداث الزلازل، يتضمن إنشاء محطة توليد الطاقة الحرارية الأرضية التقليدية حفر الصخور الساخنة التي تحتوي على الماء أو البخار المحبوسين في مساحات المسام والكسور الطبيعية، عندما تتقاطع هذه الكسور بواسطة ثقب محفور فإن الماء المحاصر ينفجر على شكل بخار بسبب الانخفاض الفوري في الضغط.
  قد لا يؤدي الحفر الذاتي إلى حدوث زلازل ولكن تمزق البخار والعودة اللاحقة للمياه المستخدمة إلى خزان الماء الساخن يمكن أن يحدث، تؤدي الدورة إلى عدم الاستقرار على طول خطوط التصدع التي قد تؤدي إلى حدوث زلزال.
  
• درجات حرارة عالية للغاية المطلوبة: إن إنتاج الطاقة الحرارية الجوفية ليس بالأمر السهل لأن الحفر في الصخور الساخنة مهمة شاقة، لبدء أي عملية حرارية أرضية يجب أن تكون درجة الحرارة المطلوبة موجودة (أقلها 350 درجة فهرنهايت)، قد لا تتمكن درجة حرارة أقل من 350 درجة فهرنهايت من توليد طاقة حرارية أرضية.
  
• تكاليف التوزيع: في بعض الحالات تقع مواقع الطاقة الحرارية الجوفية بعيدًا عن السكان مما يتطلب شبكة واسعة من أنظمة التوزيع، هذا يضيف فقط التكلفة الإجمالية لإنشاء نظام الطاقة الحرارية الجوفية.
  

على الرغم من وجود مساوئ الطاقة الحرارية الجوفية إلا أن هناك فوائد أكثر بكثير لهذا النوع من الطاقة مما تتخيله، الفائدة الرئيسية للطاقة الحرارية الجوفية هي القدرة على تدفئة وتبريد العديد من المنازل بتكلفة أقل بكثير، يستفيد أصحاب المنازل اليوم في كل دولة متقدمة تقريبًا في العالم من الطاقة الحرارية الأرضية لتركيب أنظمة التبريد والتدفئة من أجل زيادة الراحة في منازلهم وتقليل فواتير الخدمات العامة بشكل كبير.
تستخدم هذه التقنية المذهلة فقط الحرارة الحرارية الطبيعية من تحت سطح الأرض وهو مورد متجدد لتدفئة المنزل وتبريده بشكل فعال، ميزة أخرى لهذا النظام هي أن الطاقة الإضافية الوحيدة التي يحتاجها ليعمل على النحو الأمثل هي كمية صغيرة من الكهرباء لتركيز ما تقدمه البيئة ومن ثم تعميم التبريد والتدفئة عالي الجودة في جميع أنحاء المنزل.