fredag, februar 02, 2007

Norges energifremtid - Geotermisk varme?


FNs klimarapport er nettopp lagt frem, og det er ikke lystelig lesing. Klimaforandringene vil på en dramatisk måte forme fremtiden vår, uavhengig av om vi slutter å bruke fossilt drivstoff over natten. Tidsperspektivet er slik at effekten av dagens CO2 nivå i atmosfæren vil gjøre seg gjeldende lenge før jorden kan regulere dette overskuddet bort.

Dette er de harde fakta. Det er ingenting vi kan gjøre med det.

Alikevel er det ingenting som tyder på at vi tar inn over oss hva som må gjøres. Vi flikker og lager avgiftssystemer og kvotesystemer og later som om problemet er at folk har transportbehov eller oppvarmingsbehov. Det er ikke det. Det er det faktum at vi benytter oss i stor grad av fossile energikilder som er problemet. Og det problemet forsvinner ikke før vi implementerer annen type teknologi. Eller gir opp teknologi og går over til steinalderen igjen...

Dette er også harde fakta, selv om vi ikke liker å høre det.

90% av Norges energiproduksjon er fra fossile kilder. Nesten alt blir eksportert. Vi er nummer 7 på listen over oljeeksporterende land. Vi er altså et av de land som bidrar til elendigheten. Selv om vi ennå ser på Oljeeventyret som noe positivt. Selv om vi ennå gnir oss i hendene over all rikdom det sorte gull skaffer oss. Men prisen blir tilslutt dyr.

Dette er også harde fakta, selv om vi ennå ikke har tatt det inn over oss.

Det finnes muligheter. Forutsatt at vi kan produsere nok elektrisk strøm gjennom utslippsfrie metoder (vannkraft og vindkraft for eksempel), kan vi løse oppvarmingsproblemet, og fremdeles ha det levelig her i nord. Forutsatt at vi samtidig produserer nok overskuddsenergi fra slike kilder kan vi også produsere energi som kan lagres i energibærere som for eksempel hydrogen eller batterier. Slik kan vi også løse transportbehovet med minimal forurensing. Vær klar over at også biodiesel krever mer energi å produsere enn det en får ut, slik at alle slike løsninger krever et forråd av ren energi å ta av i utgangspunktet. Vær også klar over at andre biologiske varmekilder (ved, pellets) ikke er CO2 nøytrale uten at forbruket er mindre eller lik tilveksten. Under den industrielle revolusjon i England hugde en ned mesteparten av skogene som et eksempel. Idag bruker vi enda mer energi enn dengang, slike energikilder kan altså aldri være hovedkilder.

Til tross for at alt høres vanskelig ut, er det ikke slik. Vi kan løse denne situasjonen i løpet av et tiår eller to ved å:

1: Fase ut olje og gassproduksjon så snart som mulig

2: Bygge ut alternative, utslippsnøytrale energikilder


Vannkraft og vindkraft vil ikke være nok. Derfor må andre kilder vurderes. Og tilfeldigvis har vi en uutømmelig energikilde rett under bena våre. Geotermisk varme. Kort (og forenklet) forklart er dette systemer som pumper vann (sjøvann går bra, og det har vi nok av) ned i borehull, vannet tas senere opp som varmtvann eller damp, og driver generatorer eller brukes til fjernvarme.

Mellom 20 og 70 kilometer under bena våre ender jordens lithosfære, det vil si jordens ytre skall av fjell. Under dette begynner øvre mantel. Her er det allerede svært varmt, omtrent 900 grader Celsius. Så dypt behøver vi ikke å bore. Det finnes allerede geotermiske anlegg som benytter seg av temperaturer under kokepunktet, og som produserer elektrisitet eller fjernvarme.

Tilgangen på geotermisk varme er allerede kartlagt blant annet i Australia. En finner at det sjelden er mindre enn 100 grader på dybder på 5 kilometer. Flere steder er temperaturen så høy som 360 grader på samme dybde. Australia har tilgjengelig mer enn 23 millioner petajoules innen 5 kilometers dyp, tilsvarende 7500 års forbruk. Borer en dypere ligger et i praksis uendelig reservoar av varmeenergi nærmere mantelen.

Svært forenklet kan en si at en sjelden behøver bore mer enn 6 - 7 kilometer for å kunne tappe denne energikilden effektivt. Her er noen grunner til at vi bør gjøre det:

* Geotermisk varme er i likhet med vannkraft i praksis evigvarende

* Ingen utslipp av CO2 eller andre drivhusgasser

* Tilnærmet null utslipp av andre forurensende stoffer

* Selv om det tekniske utstyret selvsagt må vedlikeholdes, er selve borebrønnen(e) en engangsinvestering

* Alle land kan bruke denne teknologien, uavhengig av geologi, selv om boredybden selvsagt varierer

* Investeringer i geotermisk varme er investeringer i fremtiden, en fremtid med nesten ubegrenset, ren, energi

* Prinsippene involvert er relativt "low-tech" i forhold til mange andre løsninger

* Vi har allerede boreteknologien fra tunnelprosjekter og oljeindustrien

* Vi må gjøre det nå, før oljen tar slutt og verdensøkonomien kollapser (enda verre, i framtiden har vi kanskje ikke nok energi tilgjengelig til slike prosjekter)


Ting som taler imot geotermisk varme:

* Investeringene er initiellt store (men ikke større enn oljerelaterte investeringer på sokkelen)

* Det politiske system er avhengig av oljen i budsjettsammenheng og det er en vanskeligere jobb å leve av et levedyktig næringsliv istedet for å surfe på eksport av olje (vi har med andre ord malt oss inn i et hjørne)

* På kort sikt virker det mer lokkende å drive ikke-bærekraftig avgiftsavlat (tanken om at penger kan brukes uavhengig av tilgjengelige ressurser er fremdeles sterk hos den dillettantiske politiske elite)

Her er uansett en mulig løsning presentert. Jeg har ingen tro på at vi virkelig lar være å pumpe opp hver siste dråpe av nordsjøen. Det finnes ingen egentlig vilje til miljøvern på stortinget, bare tåkeprat.

Til slutt vil jeg kommentere at løsningen skissert her er basert på "dry-rock" type geotermisk varme. Enkelte steder finnes enklere løsninger, der geotermiske lommer, ofte i sammenheng med vannkilder, finnes nærmere overflaten. Dette er for eksempel tilfelle på Island. Det finnes imidlertid hundrevis av geotermiske kraftverk av forskjellig type allerede i drift forskjellige steder i verden.


15 kommentarer:

Genese sa...

Geotermisk varme er interessant som oppvarming. Kanskje også til produksjon av elektrisitet. Men ellers er det vel slik at de kildene til elektrisitet du nevner ikke er tilstrekkelige på noen måte til å dekke verdens behov. Vi bør kanskje tenke på atomkraft igjen, og da tenker jeg på thorium: nesten ubegrensede ressurser, lav halveringstid på avfallet sammenlignet med uran.

Helge Samuelsen sa...

Jeg har studert litt av Carlo Rubbia's (Nobel prisvinner i fysikk 1984) tanker omkring thorium. Materialet har et hav av fordeler i forhold til standard fisjonsmateriale. Men det må først utvinnes, og det vil i utgangspunktet bety store kostnader både økonomisk og miljømessig.

I tillegg må materialet først omdannes til uran (isotopen 92U233) fordi det i seg selv ikke er fisjonerbart. Prosessen er derfor ikke spesiellt effektiv i forhold til geotermisk energi. Utgiftene kan raskt bli bortimot de samme initiellt, men et geotermisk anlegg vil normalt ha langt mindre brukskostnader, fordi det ikke opererer med helseskadelig materiale overhodet. Teknologien er også langt mindre avhengig av spissteknologi, og det betyr mindre vedlikeholdskostnader, etc.

Nå er det jo også slik at det finnes langt mer geotermisk varme tilgjengelig enn det finnes thorium. Den geotermiske varmen kan hentes ut nær sagt hvorsomhelst, mens lagrene av thorium kan kun hentes ut der det blir økonomisk lønnsomt, dvs utvinnbart thorium tilsvarer på ingen måte de totale lagre (på samme måte som i forhold til kull). Lagrene av geotermisk varme er nær ubegrenset hvis vi tapper fjell oppvarmet av den svært varme mantelen. Vi snakker om et teoretisk mulig uttak på en milliard ganger jordens totale energiforbruk per år, eller deromkring.

(Selvsagt kan vi ikke utvinne mer enn vi faktisk bygger ut, men poenget er at mengden energi er ikke en begrensende faktor her)

Det vi sjelden husker på er at over 90% av jordens masse er over 1000 grader eller mer! Og jorden produserer stadig varme gjennom naturlig nedbryting av kjernefysisk materiale i kjernen (forsåvidt også i mange berglag i lithosfæren).

Tidligere så jeg på fusjonskraft som fremtidens energi, men har skiftet mening, rett og slett fordi det blir minst like dyrt som geotermisk varme, mindre stabilt, og faktisk produserer det radioaktivt materiale.

Teknisk sett ser jeg heller at vi arbeider med damp enn kjernefysisk materiale, uansett type.

Geotermisk varme er allerede interessant i forhold til elektrisk produksjon. Det finnes mange slike anlegg i drift allerede. Utgangspunktet for de fleste er at de bruker varme hydrotermiske lommer i den øvre lithosfæren. Dette reduserer nødvendig boring, men gir ingen virkelig "uendelig" energi da det som regel i praksis tappes ut mer varme enn det som naturlig produseres. Ved å gå dypere og bore det som kalles en dry rock hydrotermisk brønn kan slik varme hentes ut overalt, selvsagt til en noe høyere initiell økonomisk investering.

Genese sa...

Lar meg overbevise. Men hvor aktuelt er dette i den politiske dikusjonen om videre energikilder? Synes ikke jeg hører mye om det.

Helge Samuelsen sa...

Det burde være høyaktuellt, men som du sier, vi hører ikke noe om det.

Jeg har ingen annen forklaring enn at vi er "hekta på oljeeventyret", og at løsninger letes frem først og fremst der vi allerede har, eller ønsker å ha, kompetanse. Vi er for sneversynte, med andre ord.

En kanskje like viktig årsak er at enten vi liker det eller ikke, så har både det hydroelektriske maktapparatet, og i enda større grad det petroleumsbaserte maktapparatet altfor stor makt. De styrer politikernes prioriteringer, og ikke omvendt.

Selvsagt ønsker for eksempel statoil at vi skal bygge gasskraftverk med CO2 rensing. Vi som forbrukere (gjennom statlige tilskudd og/eller avgifter) tar kostnadene, mens statoil tjener mer penger. Samtidig som de får en "miljømerket" godkjent måte å hente ut mer olje og gass på! Så kan de jo i PR øyemed påstå at de også er miljøvennlige!

Jeg bruker ofte...la oss si negative...uttrykk om det politiske miljøet. Det er med hensikt. Vi er blitt så navlebeskuende og så styrt av særinteresser at en må rope høyt for å bli hørt. På samme måte mener jeg størstedelen av miljøbevegelsen også bommer totalt. Avgifter eller miljøkvoter fører ingensteds hen, og virkelige løsninger er sålangt ikke promotert.

Så, du har sikkert rett, dette blir sikkert aldri aktuellt. Men det er fortærende å se at USA for eksempel bygger ut mer geotermisk varme enn norges totale hydroelektriske produksjon, mens vi selv diskuterer om vi skal tallsette nedskjæringer eller ei!

Fremtidens energi sa...

Geotermisk energi, varme fra magma, underjordiske klipper, varme kilder osv. anslås å kunne gi ca. 5 ZJ pr. år. Andre mulige energikilder er undersjøiske strømmer, bølger og forskjeller i saltkonsentrasjon mellom f.eks. havet og utløpet av elver.

Den energikilden som kan vise seg å være mest interessant på sikt, kjerneenergi, har vi gjemt til slutt. Kjerneenergi er ikke fornybar, men er i praksis uuttømmelig. I et konvensjonelt kjernekraftverk brukes anriket uran i en kritisk spaltingsprosess. Det er uranreserver nok til omkring 12 ZJ energi, avhengig av hvor mye man vil betale. Men ressursene er større enn dette.

Helge Samuelsen sa...

Jeg bestrider at det finnes mer energi tilgjengelig i form av kjerne-energi enn geotermisk energi. Konvensjonellt har GTE vært forbeholdt lokale hydrotermiske brønner, men dry rock teknologi kan brukes overalt, og energien som tappes er i praksis energien fra mantelen. Varmeenergien tilgjengelig derifra er betydelig større enn det som en noensinne kan utvinnes fra andre energikilder.

Tallet på 5 Zj er etter det jeg kan forstå basert på konvensjonell teknologi, der en kun utnytter lokale varmelommer i grunnfjell. Med større investeringer (dypere boring) kan selve mantelens energi utvinnes, dvs i praksis uendelig energi.

Kjernekraft er derfor ikke nødvendigvis en bedre løsning enn geotermiske anlegg. Fordelen med sistnevnte løsning er at en slipper å håndtere farlig materiale overhodet. I tillegg kommer det faktum at ingen per idag har den fjerneste anelse om hvordan vi i praksis skal håndtere et stadig voksende berg av kjernefysisk avfall i flere tusenår fremover.

Kostnadene, både økonomisk og i forhold til risiko og miljø går derfor i geotermisk favør.

Statoil har forresten allerede regnet seg frem til at det er god lønnsomhet i geotermiske anlegg i forbindelse med tomme oljefelt. Problemet er at de tjener per idag bedre på olje og gass (på kort sikt).

Tar en hensyn til miljøkostnadene ved bruk av fossile energikilder, kommer selvsagt andre kilder langt bedre ut. Vi må starte å tenke på VIRKELIGE kostnader, og slutte å skyve regningen foran oss. For eksempel: bare kostnadene ved å UTVINNE spaltbart materiale gir enorme utslipp av drivhusgasser i prosessen samt representerer et stort energiforbruk i seg selv.

http://www.huffingtonpost.com/lester-brown/davos-notes-considering-_b_39455.html

http://www.net.org/proactive/newsroom/release.vtml?id=18534

http://www.greenparty.org.uk/news/1713

http://www.acfonline.org.au/articles/news.asp?news_id=545&c=125014

http://www.foe.co.uk/resource/faqs/questions/nuclear_energy.html

etc, etc

Knut Holt sa...

Thorium omdannes kontinuerlig til uran i reaktortypene som er aktuelle, og så spaltes det etterhvert. Det behøver ikke preprosesseres til uran først.

Thorium kan gi all den energien verden trenger i lnag tid og uten klimaproblemer. Men avfallet etter thoriumspalting er noe skikkelig svineri som må håndteres betryggende. Til gjengjeld mister avfallet radioaktiviteten fort.

Helge Samuelsen sa...

Jeg er stygt redd for at Thorium aldri kan gi "verden all den energi verden trenger og uten klimaproblemer".

For det første er det svært dyrt å utvinne Thorium, for det andre er disse kraftverkene dyre i drift, for det tredje er det ikke bare klimaproblemer som er aktuellt, all behandling av slike stoffer gir potensiell risiko for utslipp. Håndtering av slikt avfall er i tillegg dyrt, nettopp på grunn av at det som du sier "er noe svineri".

Det jeg mener med å kommentere at Thorium må omgjøres til uran, er nettopp det du nevner. En bruker ikke Thoriumet direkte, og derfor er det altså ikke slik at en må forholde seg bare til "ufarlig" Thorium. Thorium er i seg selv svært farlig uansett.

http://tripletau.blogspot.com/2007/03/hvorfor-vi-ikke-br-bygge.html

Utstrakt Thorium bruk vil i alle tilfeller bety betydelige miljø-ødeleggelser, fordi en nødvendigvis må grave ut store mengder fjell for å hente ut Thoriumet. Dette koster, og krever også store ressurser.

Jeg er overbevist om at Thorium-reaktorer (som ennå bare er på tegnebordet) nok desverre er en ny, dyr, miljøfiendtlig teknologi, som aldeles ikke vil leve opp til slagordet "clean and safe nuclear energy". På den annen side vil de kunne brukes til å ihvertfall delvis "brenne opp" eksisterende kjernefysisk avfall. Igjen, en meget dyr håndteringsprosess som ihvertfall ikke jeg er interessert i at mine skattepenger kal gå til å dekke!

Alle atomkraftverk er som du sikkert vet uansett i utgangspunktet sterkt subsidierte. Og det er lite som tyder på at Thoriumkraftverk blir billigere. Stort sett samme sikkerhetsprosedyrer og høyteknologi er nødvendig uansett.

Hvorfor vi skal gå slike omveier er meg en gåte, med mindre en skal støtte en industri basert på Thorium og gi disse spesialfordeler. Alt tatt i betraktning er jeg sikker på at Geotermisk energi er billigere, sikrere, og mer fremtidsrettet.

Bare hvis geotermisk energi viser seg å være teknisk for vanskelig (usannsynlig) kan jeg se for meg at det er samfunnsøkonomisk å satse på Thorium.

Jassmonsteret sa...

Hva om vi kjøler jorda ned så mye at jorda blir kald og påvirker magmakretsløpet?

Anonym sa...

Kjernen er som en veldig stor atomreaktor så det er ikke slik at varmen vil kunne brukes opp med det første.

Dessuten er jordkloden stor, over 12000km i diameter, så det er en ufattelig mengde varme på innsiden. Husk at man ikke trenger å bore mer enn rundt 5 kilometer ned for å kunne bruke av denne varmen.

Det blir vel som å kaste vann på sola tenker jeg.

Helge Samuelsen sa...

Jazzmonsteret,

som anonym sier er varmeenergien i jorden nesten ufattelig stor. Og det dannes faktisk fremdeles ny varme fra nedbryting av kjernefysisk materiale. Jeg har ikke tall på dette, men det må antas at ny energi skapes raskere enn vi kunne brukt den opp med dagens energiforbruk.

Vi kan nok tappe denne energien i mange millioner år uten noen som helst negativ effekt.

E.h. sa...

"Kjernen er som en veldig stor atomreaktor så det er ikke slik at varmen vil kunne brukes opp med det første."

Dette er visst litt feil. Disse radioaktive reaksjonene skjer ikke i kjernen.

"Forskere arbeider kontinuerlig med målinger, modeller og eksperimenter som forbedrer anslagene for den geotermiske energiressursen. En artikkel i tidsskriftet Nature angir 31TW som det mest sannsynlige tall på den samlede effekten som jordkloden avgir [Araki et al, 2005] Om lag en tredel av denne varmestrømmen kommer fra den opprinnelige varmen i jordens kjerne og mantel. To tredeler har sitt opphav i radioaktivitet i jordskorpen."

Fra boka "Fornybar Energi 2007" (linket i navnet mitt)

PS. Har svart deg på i tråden om Stoltenberg og "Ron paul om Finanskrisen" Svarene forsvant fra forsiden så jeg bare nevner det her:)

Helge Samuelsen sa...

"Dette er visst litt feil. Disse radioaktive reaksjonene skjer ikke i kjernen."

Joda, det foregår radioaktive reaksjoner i kjernen. Det er antatt at det finnes enorme mengder U235 og U238 som fisjonerer til Pu239. Hadde det ikke vært for denne effekten, ville jordens kjerne ha kjølt seg ned for lenge siden. Det foregår OGSÅ spalting i lithosfæren, utnytter man denne varmen, er det imidlertid stor fare for at en "bruker opp" varmen.

Tidligere teorier og modeller for geotermisk varme er nå irrelevante, fordi den teknologien jeg snakker om er basert på Enhanced Geothermal Systems ("Dry Rock"), som gjør det mulig å utvinne varmen også der det ikke allerede finnes varme kilder/varmt grunnvann. Prinsippet er at varmen finnes overalt, bare en borer dypt nok, og ved å pumpe ned vann, kan en hente ut denne energien.

E.h. sa...

"Joda, det foregår radioaktive reaksjoner i kjernen. Det er antatt at det finnes enorme mengder U235 og U238 som fisjonerer til Pu239."

Ah, ok. Bra du retter opp:)

"Det foregår OGSÅ spalting i lithosfæren, utnytter man denne varmen, er det imidlertid stor fare for at en "bruker opp" varmen."

Er det ikke denne varmen man bruker da?

Tidligere boret man seg ned til "lommer" med varmt vann i grunnen, mens nå er det snakk om å bore seg ned, og deretter presse ned vann slik at det danner seg lommer i berggrunnen. Dette vannet vil så bli sa varmt at det fordamper og kommer opp igjen i et annet borehull. (om jeg forstår riktig)

Men dette siste skjer også i lithosfæren? Eller borer man seg enda lengre ned?

Helge Samuelsen sa...

Lithosfæren er meget effektiv som isolasjon mot den langt varmere astenosfæren. Og det skal vi være glad for, ellers hadde det ikke vært levelig på jorden. Det betyr at hvis man ikke borer seg dypt nok ned, vil man i praksis bare kunne hente ut begrensede mengder energi fra grunnfjellets egenvarme med mindre området er spesiellt - det vil si i nærheten av magmalommer eller liknende.

Ved å bore noe dypere vil man kunne tappe den varmen som kommer fra jordens indre og som varmer opp de dypereliggende lagene av lithosfæren. Denne energien er i praksis uendelig i motsetning til varmelommer i høyere lithosfæriske lag.

Varmen som produseres i grunnfjellet er noe begrenset, fordi det ikke er så mye tyngre grunnstoffer (deriblant radioaktivt materiale) der. Alikevel er det jo mulig å også tappe denne energien. Jeg mener alikevel det vil være lønnsomt å gå for stor effektivitet og lang levetid på kraftverkene.

Ellers er det riktig at man pumper vann ned, og får det opp som damp. I noen tilfeller som overopphetet vann, men det går da over i dampform når det kommer opp (trykkforskjell). Det er også mulig å drive turbiner med damp selv om vannet en tar opp ikke er varmt nok til å gå over i damp (70 grader er brukbart), da ved å bruke vannet til å varme opp en væske med lavere kokepunkt i en varmeveksler. Denne væsken driver i tur turbinen og går selsagt i et lukket system.

En tommelfingerregel er at temperaturen stiger med 25 grader per kilometer. En må i tillegg til varme også ha et område med nok naturlig tilført varmeenergi til å tåle at vi henter ut varme uten at området kjøles ned for raskt. Beregner vi dette riktig og ikke tar ut mer energi enn området kan produsere (i praksis - borer dypt nok) kan vi hente ut varme av et slikt borehull til evig tid. Hvor dypt vi må bore er avhengig av de lokale forhold, først og fremst tykkelsen på lithosfæren ned mot mantelen, som varierer, og typen grunnfjell. Noe fjell leder jo varme bedre enn andre typer. Vi vil uansett holde oss innenfor selve lithosfæren.

Boringen koster raskt flesk, men tatt i betraktning av at dette er langtidsinvesteringer, og gir utslippsfri energi, er det verd prisen. Som bonus kommer jo det at det er langt billigere å bore på land enn i nordsjøen. At et geotermisk anlegg her i Norge skulle koste mer enn en nordsjøbrønn ville derfor overraske meg mye.

Et alternativ til å bore dypt er å borre mange grunnere hull etterhvert, og å bruke disse i en tretti - førti år til energien er uttømt, før en går over til neste hull. En kan jo da flytte selve turbinen hvis den ikke er moden for utskifting. Varmeenergien kommer tilbake i eldre hull av seg selv på grunn av varmetilsig etter omkring 100 år eller så, og de kan da brukes påny.