Περιβάλλον: Η Γεωθερμία

Από την Αρχαιότητα ακόμη, οι Έλληνες και οι Ρωμαίοι χρησιμοποιούσαν τις θερμές πηγές στην Ιατρική αλλά και για καθημερινή χρήση. Οι Μαορί της Νέας Ζηλανδίας, έψηναν τα φαγητά τους για αιώνες στους ατμούς οι οποίοι ανάβλυζαν από το έδαφος. Σήμερα, οι γεωθερμικές πηγές, αν και αμελητέες στο συνολικό ενεργειακό ισοζύγιο, είναι ικανές να διαδραματίσουν σοβαρό ρόλο στην τοπική οικονομία. Χαρακτηριστικά, στην Γουαδελούπη, μόνο η γεωθερμική πηγή “La Bouillante” επαρκεί για την κάλυψη όλων των αναγκών της. Επίσης, το μεγαλύτερο μέρος του πληθυσμού της Ισλανδίας (και ολόκληρη η πρωτεύουσα Reykjavik, η οποία απολαμβάνει την καθαρότερη ατμόσφαιρα του πλανήτη) θερμαίνεται με γεωθερμία.

Η θερμότητα της Γης

Σύμφωνα με την σημερινή επιστημονική γνώση (μελέτη ηφαιστείων και θερμών πηγών, γεωτρήσεις, ραδιοχημικές αναλύσεις, κ.α.) το εσωτερικό της Γης ευρίσκεται σε εξαιρετικά υψηλή θερμοκρασία. Με την κάθοδο προς τον πυρήνα της Γης, παρατηρείται αύξηση της θερμοκρασίας με το βάθος, η οποία ονομάζεται γεωθερμική βαθμίδα. Πλησίον της επιφανείας της Γης, η γεωθερμική βαθμίδα έχει μέση τιμή περίπου 3,3 °C/100 m (κάθε 100 m βαθύτερα στην Γη, η θερμοκρασία ανεβαίνει κατά 3,3 °C). Στην αρχή του μανδύα (30 km βάθος) η θερμοκρασία είναι ήδη στους 800 με 1000 °C, στο τέλος του μανδύα (2.900 km βάθος) αγγίζει τους 3000 °C και υπερβαίνει τους 5000 °C στον πυρήνα.

Η φυσική αυτή θερμική ενέργεια της Γης, διαρρέεται αντίστροφα, από το θερμό εσωτερικό του πλανήτη προς την επιφάνεια και είναι τόσο υψηλή, ώστε να θεωρείται πρακτικά ανεξάντλητη μορφή ενέργειας για τα ανθρώπινα μέτρα. Η μετάδοση θερμότητος πραγματοποιείται με δύο τρόπους:

α)    Με αγωγή από το εσωτερικό προς την επιφάνεια με ρυθμό 0,04 - 0,06 Watts/m².

β)    Με ρεύματα μεταφοράς τα οποία περιορίζονται όμως στις ζώνες κοντά στα όρια των λιθοσφαιρικών πλακών (το εξωτερικό δύσκαμπτο περίβλημα της Γης), λόγω ηφαιστειακών και υδροθερμικών φαινομένων.

Σε ορισμένες περιοχές, είτε λόγω πρόσφατης ηφαιστειακής ενεργότητος, είτε λόγω ανόδου θερμού ύδατος από μεγάλα βάθη μέσω ρηγμάτων, η γεωθερμική βαθμίδα είναι σημαντικά μεγαλύτερη από την μέση τιμή, με αποτέλεσμα σε μικρό σχετικά βάθος, να απαντώνται υδροφόροι ορίζοντες οι οποίοι περιέχουν νερό ή ατμούς υψηλής θερμοκρασίας. Οι περιοχές αυτές ονομάζονται “γεωθερμικά πεδία” και τροφοδοτούνται βασικά με νερό από την βροχή, το χιόνι, την θάλασσα, τις λίμνες και τα ποτάμια. Τα νερά κατεισδύουν στο εσωτερικό της Γης και κυκλοφορούν υπογείως, θερμαίνονται, εμπλουτίζονται σε άλατα και αέρια και μπαίνουν στο διαρκή κύκλο μεταφοράς θερμότητος.

Οι χρήσεις της γεωθερμικής ενέργειας

Οι χρήσεις της γεωθερμικής ενέργειας καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα οικονομικών δραστηριοτήτων και εφαρμογών ανάλογα με την θερμοκρασία και την ποιότητα των ρευστών. Διακρίνονται σε α) παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας (θ > 90 °C) και β) άμεση εκμετάλλευση της θερμότητος των ρευστών (από θ > 15 °C).

Στις περισσότερες γεωθερμικές εφαρμογές άμεσης χρήσης, απαιτείται η μεταφορά της θερμότητος των γεωθερμικών ρευστών σε ένα ρευστό λειτουργίας (κυρίως γλυκό νερό ή και αέρας) μέσω εναλλακτών θερμότητος και χρησιμοποιείται η αποκτημένη πλέον θερμότητα αυτού του ρευστού λειτουργίας. Οι κυριότερες άμεσες εφαρμογές κατατάσσονται στις ακόλουθες κατηγορίες:

Θέρμανση χώρων: κτιρίων, κολυμβητηρίων και πισίνων, τηλεθέρμανση οικισμών, αντιπαγετική προστασία δρόμων, πεζοδρομίων, πλατειών, χώρων στάθμευσης κ.α.

Αγροτικές χρήσεις: θέρμανση και καθαρισμός εδάφους πτηνοτροφικών και κτηνοτροφικών μονάδων και ποιμνιοστασίων, θερμοκηπίων (τα φυτά αναπτύσσονται ταχύτερα και γίνονται μεγαλύτερα με την θερμότητα > 25 °C), ξήρανση (δημητριακών, λαχανικών, φρούτων, καρπών, καπνού, βαμβακιού, κ.α.), επεξεργασία γάλακτος, συντήρηση τροφίμων, παραγωγή ψύξης, άρδευση.

Υδατοκαλλιέργειες: καλλιέργεια και ανάπτυξη διαφόρων ειδών ψαριών (χέλια, λαβράκια, τσιπούρες, γατόψαρα), θαλάσσιων μαλακόστρακων (γαρίδες), ερπετών, μικροφυκών κ.ά., καθώς για πολλά θαλάσσια είδη απαιτείται ορισμένη θερμοκρασία για την ανάπτυξή τους.

Βιομηχανικές χρήσεις: αφαλάτωση θαλάσσιου ύδατος, χώνευση βιολογικής λάσπης και λυμάτων, πλύσιμο, ξήρανση και λεύκανση μαλλιών (στην Ν. Ζηλανδία), ανάκτηση πετρελαίου (π.χ. στο Καζακστάν), εξόρυξη ουρανίου (Τέξας, Η.Π.Α.), επεξεργασία χαλκού (Ν. Μεξικό, Η.Π.Α.), διαχωρισμός χρυσού (Νεβάδα, Η.Π.Α.), ορυχεία (Σιβηρία), ξήρανση ξυλείας, κ.ά.

Λουτροθεραπεία: ιαματικά λουτρά και spa.

Αβαθής γεωθερμία και οικιακή χρήση

Πρόκειται για τεχνική αξιοποίησης των σταθερών θερμοκρασιών του υπεδάφους (από 18 έως 22°C), λίγα μέτρα κάτω από την επιφάνεια της Γης ή του νερού, για οικιακές εφαρμογές. Η αβαθής γεωθερμία είναι διαθέσιμη παντού, εύκολη στην αξιοποίηση και αδειοδότησή της. Αποτελείται από τρία βασικά μέρη: α. τον γεω-εναλλάκτη (σωλήνα μεγάλου μήκους και μικρής διαμέτρου τοποθετημένο εντός του εδάφους, είτε εντός γεωτρήσεων), β. την αντλία θερμότητος και γ. το σύστημα μεταφοράς και διανομής της θερμότητος στο κτίριο.

Κατά την διάρκεια του χειμώνα, το ρευστό το οποίο κυκλοφορεί μέσα στον γεω-εναλλάκτη απορροφά την αποθηκευμένη θερμότητα του υπεδάφους και την μεταφέρει στην αντλία θερμότητος, ανυψώνοντας τους 15-17°C του εδάφους μέχρι τους 20-22°C για να θερμάνει το εσωτερικό του κτιρίου, ανεξάρτητα από τις εξωτερικές καιρικές συνθήκες.

Το καλοκαίρι, όπου το κλιματιστικό μηχάνημα καλείται να αποβάλει θερμότητα σε ένα περιβάλλον ήδη κορεσμένο από θερμικό φορτίο καταναλώνοντας μεγάλα ποσά ηλεκτρικής ενέργειας, η γεωθερμική αντλία θερμότητος αποβάλλει θερμότητα στο υπέδαφος, του οποίου η θερμοκρασία δεν υπερβαίνει τους 20°C, με αποτέλεσμα η απόδοσή της να είναι σημαντικά μεγαλύτερη.

Οι γεωθερμικές αντλίες θερμότητος καταναλώνουν το 25% του ηλεκτρικού ρεύματος σε σύγκριση με μια ηλεκτρική αντίσταση και το 50% σε σχέση με ένα κλιματιστικό. Εάν υπολογιστεί το κόστος ενέργειας καθ’όλη την διάρκεια ζωής του συστήματος, οι γεωθερμικές αντλίες θερμότητος στοιχίζουν πολύ λιγότερο από σύστημα το οποίο καταναλώνει πετρέλαιο ή φυσικό αέριο.

Ενεργειακά και περιβαλλοντικά οφέλη και μειονεκτήματα της γεωθερμίας

Εξαρτώνται από τα χαρακτηριστικά του γεωθερμικού πεδίου, το είδος και το μέγεθος των εφαρμογών και την φυσιογνωμία της περιοχής εκμετάλλευσης:

Η γεωθερμική ενέργεια θεωρείται ήπια μορφή ενέργειας και σχετικά ανανεώσιμη, ιδιαίτερα όταν συγκρίνεται με τις συμβατικές μορφές ενέργειας, με μικρές έως αμελητέες περιβαλλοντικές επιπτώσεις από την εκμετάλλευσή της. Χαρακτηριστικά:

• Συνεχής παροχή ενέργειας σε αντίθεση με άλλες πηγές. Οι γεωθερμικές μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας έχουν πολύ υψηλό συντελεστή αξιοποίησης μέχρι και 90%, και υψηλό δείκτη διαθεσιμότητος.
• Μικρό λειτουργικό κόστος, αν και το κόστος των παγίων είναι σημαντικά αυξημένο σε σχέση και με τις συμβατικές μορφές ενέργειας.
• Μηδενικές ή μικρές εκπομπές αερίων στο περιβάλλον. Συμβολή στην επίτευξη του Πρωτοκόλλου του Κιότο για την μακροπρόθεσμη αντιμετώπιση της αλλαγής του κλίματος η οποία προκαλείται λόγω της αύξησης των ανθρωπογενών εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου.
• Αποτελεί τοπική μορφή ενέργειας με συνέπεια την οικονομική ανάπτυξη της γεωθερμικής περιοχής.
• Συμβολή στην μείωση της ενεργειακής εξάρτησης μιας χώρας, με τον περιορισμό των εισαγωγών ορυκτών καυσίμων.
• Η οπτική όχληση είναι περιορισμένη (καθώς οι σωλήνες μεταφοράς των γεωθερμικών ρευστών είναι συνήθως υπόγειοι και άρα μη ορατοί), σε αντίθεση με τους τεράστιους όγκους των ανεμογεννητριών στα αιολικά πάρκα.
• Η απαιτούμενη έκταση γης για την αξιοποίηση της γεωθερμίας (π.χ. για την εγκατάσταση της μονάδας, τον χώρο για τις γεωτρήσεις, τις σωληνώσεις μεταφοράς και τους δρόμους πρόσβασης) είναι γενικά μικρότερη από αυτήν άλλων μορφών ενέργειας (ατμοηλεκτρικοί σταθμοί άνθρακα, υδροηλεκτρικοί σταθμοί κτλ.). Δεν απαιτούνται αποθηκευτικοί χώροι.
• Τα γεωθερμικά ρευστά δεν παράγουν αιωρούμενα σωματίδια, τέφρα, ή καπνό.
• Δεν απαιτείται μεταφορά υλικών ή καυσίμων, σε αντίθεση με τις μονάδες συμβατικών καυσίμων, στις οποίες υπάρχει πάντα ο κίνδυνος ατυχημάτων (ανάφλεξη καυσίμων, διαρροές κλπ).
• Θόρυβος προκαλείται μόνο κατά το στάδιο των τεχνικών εργασιών – αντλήσεων. Είναι προσωρινός και εντός των επιτρεπτών ορίων, ενώ στην φάση λειτουργίας της μονάδας είναι μηδαμινός.
• Η αφαίρεση μεγάλων ποσοτήτων νερού ή ατμού από ένα γεωθερμικό πεδίο με πορώδεις ταμιευτήρες, μπορεί να προκαλέσει κατά περίπτωση καθιζήσεις λίγων εκατοστών (cm) μέχρι μερικών μέτρων (m). Κάτι τέτοιο, όμως, μπορεί να συμβεί και κατά την εξόρυξη πετρελαίου ή φυσικού αερίου καθώς και από την άντληση νερού για ύδρευση ή άρδευση.
• Με την επανεισαγωγή των ρευστών στον ταμιευτήρα και την υπερβολική άντληση ρευστών σε περιοχές θερμών ξηρών πετρωμάτων υπάρχει πιθανότητα πρόκλησης μικροσεισμών στην περιοχή. Πρόκειται για σπάνια φαινόμενα και δεν εμπνέουν καμιά ανησυχία (σεισμοί < 3 βαθμών της κλίμακας Richter). Παράλληλα, οι μικροσεισμοί μειώνουν την συσσωρευμένη σεισμική ενέργεια σε μια περιοχή και αποτρέπουν μεγαλύτερους σεισμούς (τα περισσότερα γεωθερμικά πεδία συνδέονται με την παρουσία ενεργών ρηγμάτων και άρα ευρίσκονται σε σεισμογενείς περιοχές). Αντίστοιχα φαινόμενα μικροσεισμών παρατηρούνται κατά την εισαγωγή νερού σε ταμιευτήρες πετρελαίου και φυσικού αερίου.
• Οι εκπομπές του διοξειδίου του άνθρακος - CO₂ από γεωθερμικές μονάδες νέας γενιάς, εκπέμπουν λιγότερο από 0,5 kg CO₂ ανά Μεγαβατώρα - MWh, συγκρινόμενες με τα περίπου 1.000 kg CO₂ ανά MWh τα οποία εκπέμπονται από ατμοηλεκτρικούς σταθμούς οι οποίοι χρησιμοποιούν άνθρακα.
• Για τα ρευστά “χαμηλής ενθαλπίας” (θερμοκρασίας 25-90 ^oC) το μόνο βασικά περιβαλλοντικό πρόβλημα εντοπίζεται στην διάθεση των νερών μετά την απόληψη της θερμότητάς τους καθώς συνήθως περιέχουν διαλυμένα άλατα τα οποία όμως είναι αβλαβή. Επίσης, η περιεκτικότητά τους σε τοξικά κα επιβλαβή συστατικά (As, F₂S, B, βαρέα μέταλλα, κλπ) είναι μικρή έως αμελητέα.
• Tα γεωθερμικά ρευστά “υψηλής ενθαλπίας” (υψηλής θερμοκρασίας > 150 ^οC) εμπλουτίζονται με ποσότητες διαλυμένων αλάτων και αερίων, καθώς παραμένουν σε επαφή με διάφορα πετρώματα. Κατά την εκμετάλλευση του ρευστού μπορεί να σημειωθεί χημική διάβρωση των μεταλλικών επιφανειών, όπως και απόθεση (“επικαθήσεις”) ορισμένων διαλυμένων ή αιωρούμενων στερεών. Ο σχηματισμός επικαθήσεων σε γεωθερμικές μονάδες μπορεί να ελεγχθεί σε κάποιο βαθμό, αν όχι ολοκληρωτικά, με μια πληθώρα τεχνικών και μεθόδων.

Τα μη συμπυκνώσιμα αέρια, τα οποία μπορεί να περιέχονται στα γεωθερμικά ρευστά υψηλής ενθαλπίας, εκτός του διοξειδίου του άνθρακος - CO₂, είναι * το υδρόθειο - H₂S με έντονη οσμή και σχετική τοξικότητα (του οποίου οι εκπομπές ελέγχονται με μια πληθώρα μεθόδων), * το ραδόνιο – Rn σε χαμηλές ή μηδαμινές συγκεντρώσεις, * η αμμωνία - NH₃ σε μικρές ποσότητες και σε ορισμένου τύπου μονάδες, * το υδροχλώριο- HCl, το οποίο όπου και εάν ευρεθεί, απομακρύνεται κατάλληλα και * το μεθάνιο - CH₄, το οποίο όπου και όταν ανιχνευθεί, μπορεί να διαχωρισθεί και να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο.

Ως βέλτιστη πρακτική για την αντιμετώπιση των επιπτώσεων από α) τις εκπομπές αερίων β) την διάθεση των γεωθερμικών ρευστών μετά την χρήση τους, τα οποία είναι επιβαρυμένα σε άλατα, γ) καθιζήσεις, από μία γεωθερμική μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, συνιστάται η ολική επανεισαγωγή των γεωθερμικών ρευστών στον ταμιευτήρα.

Η Γεωθερμία στην Ελλάδα

Η αυξημένη ροή θερμότητος, λόγω της έντονης τεκτονικής και μαγματικής δραστηριότητος στην χώρα μας, δημιούργησε εκτεταμένες θερμικές ανωμαλίες. Σε κατάλληλες γεωλογικές συνθήκες, η ενέργεια αυτή θερμαίνει “ρηχούς” υπόγειους ταμιευτήρες ρευστών, σε υψηλές θερμοκρασίες. Τα γεωθερμικά αυτά πεδία, είναι διάσπαρτα στην νησιωτική και ηπειρωτική Ελλάδα. Χαρακτηριστικά:

• Στην Μήλο μετρήθηκαν θερμοκρασίες έως 325 °C (βάθος 1000 m). και στην Νίσυρο 350°C (βάθος 1500 m). Οι γεωτρήσεις αυτές είναι ικανές να στηρίξουν μονάδες ηλεκτροπαραγωγής 20 MW και 5 ΜW.
• Στην Βόρειο Ελλάδα η γεωθερμία προσφέρεται για θέρμανση, θερμοκήπια, ιχθυοκαλλιέργειες κ.λπ. Σημαντικά πεδία είναι των Θερμών (Νιγρίτας), Λιθότροπου (Ηράκλειας), Θερμοπηγής (Σιδηροκάστρου) και Αγκίστρου (Σερρών). Γεωθερμικά θερμοκήπια λειτουργούν στην Νιγρίτα και στο Σιδηρόκαστρο.
• Στην πεδινή περιοχή του Δέλτα Νέστου έχουν εντοπισθεί γεωθερμικά πεδία στο Ερατεινό (Χρυσούπολης) και στο Ν. Εράσμιο (Μαγγάνων Ξάνθης). Στην Ν. Κεσσάνη και στο Πόρτο Λάγος (Ξάνθη), σε μεγάλης έκτασης γεωθερμικά πεδία, παράγονται υδάτινες ποσότητες, θερμοκρασίας έως 82 °C.
• Στην λεκάνη των λιμνών Βόλβης και Λαγκαδά έχουν εντοπισθεί τρία πολύ ρηχά πεδία με θερμοκρασίες έως 56 °C. Στην Σαμοθράκη, γεωτρήσεις βάθους έως 100 m συνάντησαν υδάτινες ποσότητες της τάξης των 100° C.

Τα συμβάντα στην Μήλο

Το θέμα των επιπτώσεων της γεωθερμίας στο περιβάλλον έλαβε αρνητικές διαστάσεις στην χώρα μας, εξαιτίας των κακοτεχνιών και της απειρίας χειρισμού της “νέας” αυτής ενεργειακής πηγής στην περίπτωση της Μήλου.

Η μονάδα αυτή, η οποία τέθηκε σε λειτουργία από την ΔΕΗ τον Δεκέμβριο του 1986, λειτούργησε κανονικά και κάλυψε εξ ολοκλήρου την ηλεκτρική κατανάλωση του νησιού επί διετία. Μετά όμως, λόγω διαρροής υδρόθειου στην ατμόσφαιρα, υπήρξαν έντονες αντιδράσεις των κατοίκων, οι οποίες τελικά οδήγησαν το τότε αρμόδιο Υπουργείο να διατάξει την διακοπή λειτουργίας της μονάδος.

Στις 19 Σεπτεμβρίου 1993 σημειώθηκε θραύση της σωλήνωσης και ανεξέλεγκτη διαρροή γεωθερμικού ρευστού στην γεώτρηση Μ2. Κατά το συμβάν, καταστράφηκε το μεγαλύτερο μέρος των εγκαταστάσεων. Η βλάβη αντιμετωπίστηκε δύο μήνες αργότερα, με την τοποθέτηση πώματος από ειδικό τσιμέντο μέσα στην γεώτρηση.

Τη διετία 2009-10 εκτελέστηκε νέο ερευνητικό πρόγραμμα γεωφυσικών μετρήσεων στην Μήλο και στην Κίμωλο, από το οποίο προέκυψαν νέες πιθανές θέσεις για γεωτρήσεις και εγκατάσταση σταθμού παραγωγής, τόσο στην Μήλο όσο και στην Κίμωλο, μακριά από κατοικημένες περιοχές.

Ενδεικτική βιβλιογραφία

1. Αρβανίτης Α, “Μύθοι και Πραγματικότητα για την Γεωθερμία”, Υπουργείο Ανάπτυξης, Ινστιτούτο γεωλογικών και Μεταλλευτικών Ερευνών, Διεύθυνση Γεωθερμίας και Θερμομεταλλιών Υδάτων.

http://www.ypeka.gr/rescampaign2008/downloads/mythoi-geothermia.pdf

1.  Geothermal Technologies Program - GTP, “The Environmental, Economic, and Employment Benefits of Geothermal Energy”, US Department of Energy, https://www.nrel.gov/docs/fy04osti/36317.pdf
2. Τζεφέρης Π, “Γεωθερμία υπάρχει στον τόπο μας, αλλά αυτό δεν αρκεί!”, energypress, 2015, https://energypress.gr/news/geothermia-yparhei-ston-topo-mas-alla-ayto-den-arkei