Alles over de groene lifestyle

Aardwarmte

Aardwarmte is een duurzame energiebron die al duizenden jaren door de mens wordt gebruikt. Denk aan de grote warmwaterbaden (thermen) in de Romeinse tijd, of het veertiende-eeuwse stadsverwarmingsnet in het Franse Chaude-Augues. Tegenwoordig wordt geothermisch opgewarmd water nog steeds voor die doeleinden gebruikt; in kuuroorden kun je nog steeds een volkomen natuurlijk warm bad nemen. In moderne tijden heeft aardwarmte echter een extra toepassing gekregen; het opwekken van stroom. Het gebruik van aardwarmte voor de productie van stroom wordt ook wel geothermische energie genoemd.

De oorsprong van aardwarmte

Aardwarmte heeft diverse oorzaken:

  • Radioactief verval: de aardkorst is relatief rijk aan radioactieve isotopen (U-235, U-238, Th-232 en K-40). Bij het spontane verval van deze isotopen naar andere elementen komt energie vrij. Radioactief verval is de bron van ongeveer 70 tot 80% van de aardwarmte.
  • Restwarmte: restwarmte van de vorming van de Aarde is verantwoordelijk voor ongeveer 20 tot 30% van de warmtestroom. Deze warmte zit voor een groot deel opgesloten in de aardkern, waar het vanwege de isolerende werking van de mantel nog steeds zo’n 5000 graden warm is.
  • Getijden: de wrijving die in gesteente ontstaat als gevolg van aantrekkingskracht door de Maan en Zon, zorgt voor opwarming. Deze factor speelt slechts in zeer geringe mate mee.

Bronnen van aardwarmte

De bronnen van aardwarmte kunnen in twee groepen worden onderverdeeld; de zogenaamde hoogenthalpie-vindplaatsen en de laagenthalpie-vindplaatsen. De eerste groep, die van de hoogenthalpieplaatsen, is de meest bekende vorm en omvat vulkanisch actieve gebieden. Op deze plaatsen vindt men, vanwege intens vulkanisme, relatief dichtbij het oppervlak water van honderden graden Celsius. Landen met veel hoogenthalpievindplaatsen zijn onder andere de VS, Indonesië en IJsland. De tweede groep, die van de laagenthalpieplaatsen, komt vaker voor. Meestal is voor het bereiken van een hoge temperatuur in dergelijke plaatsen een diepe boring nodig. Omdat productie van stroom pas rendabel is bij een temperatuur van minimaal 100°C, worden bronnen met lage enthalpie vooral gebruikt voor het verkrijgen van warmte.

Een voorbeeld van een laagenthalpische bron is de aardwarmte als gevolg van seizoensschommelingen. Hoewel de temperatuur in de lucht als gevolg van de seizoenen sterk schommelt, is de temperatuur een meter of 10 onder de grond het hele jaar door redelijk stabiel. De temperatuur komt op deze diepte vanwege het isolerende effect van het gesteente ongeveer overeen met het jaargemiddelde. Het gevolg hiervan, is dat de grond in de winter warmer is dan de lucht. Deze warmte kan middels een warmtepomp worden opgepompt voor huishoudelijk gebruik. In de zomer kan de overbodige warmte van het huis op zijn beurt weer worden afgevoerd naar de grond, waar deze warmte weer wordt opgeslagen voor gebruik in de winter. In Nederland vind men alleen bronnen van lage enthalpie.

Stroom uit aardwarmte

Momenteel wordt slechts 0,3% van de wereldwijde stroom opgewekt in geothermische centrales. De laatste jaren is de interesse in deze technologie echter sterk aan het toenemen, omdat er weinig koelwater nodig is (20 liter per MW, tegenover 1000 liter/MW voor kolen/gas/kernenergie). Daarnaast is de uitstoot van broeikasgassen en andere vervuilende materialen gering. Er zijn tegenwoordig drie soorten centrales in gebruik, de zogenaamde dry steam, flash steam en binary cycle centrales.

Dry steam (droge stoom)

Deze meest eenvoudige soort centrale maakt direct gebruik van de stroom die afkomstig is uit een (vulkanische) hittebron van ten minste 100°C. Deze techniek werd al in 1904 voor het eerst ingezet en is tegenwoordig nog steeds in gebruik. De naam ‘droge stoom’ is afgeleid uit het feit dat de stoom die gebruikt wordt hoogwaardig is, en dus relatief weinig waterdruppels bevat. De grootste hydrothermale centrale ter wereld, de centrale nabij The Geysers in de Amerikaanse staat Californië, maakt gebruik van deze techniek.

Een dry steam (droge stoom) centrale

Flash steam (flits-verdamping)

Bij flitsverdamping wordt de hete (meer dan 180°C) hydrothermale vloeistof geïjecteerd in een tank op lage druk. Dankzij de lage druk en hoge temperatuur, verdampt de vloeistof zeer snel. De resulterende stoom schiet omhoog en wordt gebruikt om een turbine aan te drijven.

Een flash steam (flitsverdamping) centrale

Binary-cycle (binaire cyclus)

Deze relatief moderne techniek laat het toe om ook in actieve gebieden met een gemiddelde grondtemperatuur (vanaf 57°C) stroom op te wekken. Er wordt naast het warme grondwater gebruik gemaakt van een tweede vloeistof, die een lager kookpunt heeft dan water. Deze vloeistof wordt via een warmtewisselaar langs het warme grondwater geleid. De resulterende damp wordt gebruikt om een turbine aan te drijven. Deze techniek zal waarschijnlijk in de toekomst steeds populairder worden, omdat nu ook in gebieden van gematigde activiteit stroom gewonnen kan worden.

Een binaire cyclus centrale

Video: aardwarmte in IJsland