از آتش‌فشان‌های ایسلند چه می‌دانیم؟

0

ژان – باپتیست پی. کوهل

در حالی که آب‌وهوا در ایسلند اغلب سرد، مرطوب و طوفانی است منبع تقریبا بی‌پایانی از گرما در زیر سطح آن می‌جوشد. در واقع، تقریبا تمام ساختمان‌های کشور، در یک فرآیندِ بدون انتشار کربن، با انرژی زمین گرمایی، گرم می‌شوند. پس این انرژی تجدیدپذیر دقیقا چگونه کار می‌کند؟

بین هسته و پوسته‌ی زمین، لایه‌ای درهم از سنگ جامد و کمی ذوب شده (حالت نیمه جامد) به نام گوشته وجود دارد. دمای اینجا از ۱۰۰۰ تا ۳۵۰۰ درجه‌ی سلسیوس متغیر است. مقداری از این گرما از خوردگی رادیواکتیو فلزات می‌آید. اما بسیاری از آن، از هسته‌ی زمین می‌آید، که از زمان تشکیل سیاره، بیش از چهار میلیارد سال پیش، در حالت تشعشع بوده است. در حالی که گوشته به آرامی حرکت کرده و تقریبا در۴۰ کیلومتری زیر پوسته‌ی زمین گردش می‌کند، مناطقی از آن هستند که به سطح نزدیک‌ترند. اینجا، ماگما، توده‌ها و رگه‌هایی را در زمین ایجاد می‌کند و رودخانه‌ها و آبگیر‌های زیر‌زمینی را تا دمای ۳۰۰ درجه، گرم می‌کند.

کنترل کردن آب گرم‌شده، مهم‌ترین قدم در بهره‌برداری از انرژی زمین گرمایی است، و دو مدل اولیه برای چگونگی انجام این کار وجود دارد. یک: ساختن یک نیروگاه زمین گرمایی‌ که از این مخزن‌های داغ و عمیق برای تولید برق استفاده می‌کند. اول، مهندسان یک چاه چندین کیلومتری را در زمین نفوذپذیر مانند ماسه‌سنگ یا بازالت حفاری می‌کنند. همین که آب زیر‌زمینی داغ و تحت‌فشار زیاد وارد چاه می‌شود، تغییر سریع فشار و دما مقدار عظیمی بخار تولید می‌کند. این بخار بعدا پره‌های یک توربین را برای تولید برق می‌چرخاند. در نهایت، آب سرد و بخار متراکم باقی‌مانده به زمین برگردانده می‌شوند تا چرخه‌ای تشکیل دهند که برق را بدون از دست دادن آب، تولید کنند.

اگرچه ما برای دستیابی به گرمای زمین نیاز به این حفاری عمیق نداریم. با تشکر از انرژی خورشیدی که می‌تواند خاک فقط با عمق ۱.۵ متر را به دمای بیش از ۲۰ درجه سلسیوس برساند. حرارت زمین گرمایی آب لوله یا مایع ضد یخ را از این لایه زمین پمپ می‌کند تا انرژی آن تخلیه شود. این مایعاتی سپس از طریق زیرساخت‌های محلی پمپ می‌شوند، قبل از برگشتن به سطح زمین برای جذب بیشتر انرژی گرمای خود را پراکنده می‌سازند. منبع برق خارجی که مورد نیاز پمپ کردن است، انرژی بیشتری نسبت به انرژی مورد نیاز تامین می‌کند که این به این معنی است که این فرایند یک چرخه پایدار است. در واقع، پمپ‌های حرارتی زمین گرمایی هم راه‌اندازی ارزان‌تری دارند و هم حداقل دو برابر انرژی سوخت‌های فسیلی برای ما سود‌دهی دارند.

اگر انرژی زمین گرمایی فقط از زیر پا‌های ما ساطع شود یا آب اعماق چندین کیلومتری را گرم کند، این سیاره دائما گرما ساطع خواهد کرد. به طور متوسط در طول یک سال، زمین تقریبا سه برابر انرژی مصرفی بشر را ساطع می‌کند. پس چرا زمین گرمایی تنها ۰.۲٪ تولید انرژی بشریت را تشکیل می‌دهد؟

جواب به گرما، موقعیت و هزینه مربوط می‌شود. از آنجایی که پمپ‌های حرارتی زمین گرمایی متکی به گرمای مداوم زمین‌های کم‌عمق هستند، آن‌ها تقریبا می‌توانند هر جایی عملی شوند. اما نیروگاه‌های زمین گرمایی نیاز به استفاده از میدان‌های زمین گرمایی با درجه حرارت بالا دارند. مناطقی که گرم‌تر از ۱۸۰ درجه و معمولا چندین کیلومتر زیر زمین هستند. یافتن این مناطق با درجه حرارت بالا، به سختی امکان پذیر است و حفاری این عمق فقط برای یکی از چندین چاه مورد نیاز کارخانه می‌تواند تا ۲۰میلیون دلار هزینه داشته باشد مناطقی با میدان‌های زمین گرمایی کم‌عمق هم وجود دارد. ایسلند و ژاپن در نزدیکی آتش‌فشان‌های فعال و مرز‌های زمین‌ساخت صفحه‌ای هستند که ماگما از میان پوسته بالا می‌آید. اما همین عوامل مشابه همچنین این مناطق را مستعد زلزله می‌کنند که حفاری عمیق هم می‌تواند یکی از این عوامل باشد.

علاوه بر این، در حالیکه انرژی زمین گرمایی انرژی پاک و تجدید‌پذیری است، کاملا هم بی‌ضرر نیست. حفاری می‌تواند بخار مواد آلاینده‌ای مانند متان و هیدروژن سولفید را آزاد کند. و ابزار‌های حفاری با آب تحت فشار می‌توانند آب‌های زیرزمینی را آلوده کنند.

خوشبختانه، فناوری‌های جدیدی برای مقابله با این چالش‌ها در نظر گرفته شده است. سیستم‌های کنترل انتشار آلودگی می‌توانند آلاینده‌ها را به دام بیندازند و تجهیزات نظارت الکترومغناطیس می‌تواند به شناسایی خطرات زمین لرزه‌ای کمک کند. ما همچنین منابع کاملا جدیدی از انرژی زمین گرمایی کشف کرده‌ایم مانند توده‌های عظیم ماگما در آتش‌فشان‌های میان‌اقیانوسی. بنابر‌این اگر ما بتوانیم با خیال راحت و مسئولانه از گرمای سیاره خود استفاده کنیم، ممکن است بتوانیم نسل بشر را حفظ کنیم.

 

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.