تعتبر الطاقة الحرارية الأرضية، المعروفة أيضًا بالطاقة الجيوثرمية (Geothermic energy)، من بين الموارد الطبيعية المهمة و المتجددة التي تلعب دوراً حيوياً في تلبية احتياجات البشرية للطاقة. إن فهم كيفية استخدام و استغلال هذه الطاقة يُعَدُّ تحدٍ كبيرًا في مجالات مثل توليد الكهرباء و تدفئة المباني و تبريدها، و حتى في عمليات تكرير الصناعات و الزراعة.

تعتمد الطاقة الحرارية الأرضية على استغلال الحرارة التي تتواجد في باطن الأرض، حيث تتكون نتيجة للتحولات الطبيعية في القشرة الأرضية و التفاعلات النووية في النواة الأرضية. و تُعَدُّ هذه الطاقة متاحة بشكل مستمر، مما يجعلها مصدرًا مستدامًا و موثوقًا به في ظل التحديات التي تواجه البشرية في مجال الطاقة و التغير المناخي.

تتضمن عملية استخراج الطاقة الحرارية الأرضية استخدام التقنيات المتقدمة مثل أنظمة المضخات الحرارية الجيوثرمية و الآبار الحرارية العميقة، التي تعتمد على تبادل الحرارة مع الأرض لتوليد طاقة قابلة للاستخدام. و من خلال التطور المستمر في هذه التقنيات، يمكن تحقيق مزيد من الكفاءة و الاستدامة في استخدام الطاقة الحرارية الأرضية، مما يعزز من جاذبيتها كبديل مهم و فعّال عن مصادر الطاقة التقليدية و الملوثة.

تتطلب استثمارات في البحث و التطوير للارتقاء بتقنيات استخراج و استغلال الطاقة الحرارية الأرضية، إضافة إلى السياسات الحكومية الداعمة و التشريعات البيئية التي تعزز استخدام هذه الطاقة النظيفة و المتجددة.

و مع التزايد المستمر في الطلب على الطاقة و الضغوط التي تُفرض على مصادر الطاقة التقليدية، فإن الاستثمار في الطاقة الحرارية الأرضية يمكن أن يلعب دورًا حاسمًا في تحقيق الاستدامة البيئية و توفير مصادر الطاقة النظيفة في المستقبل.

كيف يتم إنتاج الطاقة الحرارية الأرضية؟

يتم توليد الطاقة الحرارية الأرضية بفضل الحرارة الأرضية؛ يتشكل هذا بفضل عمليات الاضمحلال النووي لليورانيوم و الثوريوم و البوتاسيوم، و التي تحدث بشكل طبيعي داخل قلب الأرض و عباءتها و قشرتها.

تتراكم الطاقة الحرارية تحت الأرض كل 100 متر من العمق تزداد درجة الحرارة بحوالي 3 درجة مئوية، و تهرب إلى سطح الأرض بفضل ناقلات السوائل (الماء و البخار)، و التي يمكن أن تكون طبيعية أو محقونة. هناك ثلاثة مصادر رئيسية:

• المصادر الحرارية المائية: هي الأكثر استغلالا على المستوى الصناعي و تتكون من جيوب من الماء الساخن يتم تسخينها بواسطة الصخور المغلية الموجودة تحت سطح الأرض، بعمق حوالي 1000 و 2000 متر. بدورها تنقسم إلى بخار أو مصادر مياه مهيمنة؛
• المصادر الجيوبريسية: يتراوح عمق هذه الجيوب بين 2500 و 9000 متر و تحتوي بشكل أساسي على غازات طبيعية في درجات حرارة منخفضة نسبيا و لكن بضغط عال جدا؛
• المصادر البتروحرارية: في هذه الحالة، الصخور نفسها هي مصدر الطاقة، و هي ساخنة جدا، و لكن نظرا لعدم وجود سائل قريب يسخن أو يتحول إلى بخار، يتم تحفيزها مباشرة بحقن الماء البارد.

هناك أيضا ثلاثة أنواع من محطات الطاقة الحرارية الأرضية:

• البخار الجاف: عندما يتم استخراج البخار مباشرة من الكسور الموجودة بالفعل في الأرض و استخدامها مباشرة لتشغيل التوربينات، لذلك سيتم تحويل الطاقة الحركية الناتجة عن البخار إلى طاقة كهربائية بفضل المولد. عند مخرج التوربين، يتم تبريد البخار و تغذيته جزئيا تحت الأرض، و يسمح جزئيا بالخروج من أبراج التبريد؛
• فلاش: محطات توليد الطاقة التي تحول الماء المغلي و ارتفاع ضغط المياه إلى برودة و انخفاض ضغط المياه؛
• ثنائي: يتم تشغيل سائل ذو نقطة غليان أقل من الماء تحت الأرض بجوار الماء المغلي، و سيحول الأخير السائل الأول إلى بخار يعمل بعد ذلك على تشغيل التوربين.

بالإضافة إلى الطاقة الحرارية الأرضية ذات المحتوى الحراري العالي، هناك أيضا طاقة حرارية أرضية منخفضة المحتوى الحراري، إنها نوع التي تستخدم باطن الأرض كخزان حراري. يتم نقل الحرارة التي تتراكم خلال فترة الشتاء إلى السطح و تستخدم للتدفئة، بينما في الصيف يتم جلب الحرارة الزائدة في المنزل تحت الأرض.

كل هذا أصبح ممكنا بفضل المضخات الحرارية، فهي مدفوعة بالكهرباء التي يمكن أن تأتي أيضا من مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية و بالتالي تصبح، من جميع النواحي، مصدرا للطاقة النظيفة.

مزايا و عيوب الطاقة الحرارية الأرضية

الطاقة الحرارية الأرضية، من بين مصادر الطاقة المتجددة، هي التي تمكن من إنتاج أكبر قدر من الكهرباء، من بين فوائدها:

• إنه نوع من الطاقة لا يخضع لتغيرات الطقس أو التناوب بين النهار و الليل، و لهذا السبب فهو متاح دائما؛
• هو مصدر للطاقة المتجددة لأنه لا يوجد احتراق في هذه العملية؛
• حتى لو لم يكن مصدرا لا ينضب، فإن المصدر الموجود والذي تنتجه الأرض هو لدرجة أنه لا يمثل مشكلة استنفاد يساوي 100 مليار ضعف الاستهلاك العالمي السنوي للطاقة لهذا السبب لا يزال يعرف على أنه مصدر للطاقة المتجددة؛
• يمكن إعادة تدوير النفايات الناتجة عن إنتاج هذا النوع من الطاقة.

هناك أيضا بعض العيوب:

• هناك حاجة إلى دراسات أولية مكثفة للعثور على أماكن مناسبة لتركيب النباتات، ليس كل المناطق لديها وجود كبير من جيوب تحت الأرض لإنتاج هذه الطاقة، بالإضافة إلى ذلك، فإن الحفر، الضروري لإنشاء النباتات، مكلف للغاية أيضا؛
• يمكن أن تأتي الروائح الكريهة القوية وهي روائح كبريتية من محطات الطاقة الحرارية الأرضية، و لا يزال بالإمكان حل المشكلة بفضل بناء مصنع التخفيف؛
• تأثير بصري و منظر طبيعي سيء، بسبب وجود العديد من الأنابيب على السطح و أبراج التبريد العالية، تشبه إلى حد بعيد مصنعا ضخما، و لهذا السبب لا يمكن بناؤها في المناظر الطبيعية.

على الرغم من انخفاض التأثير على البيئة، فإن إنتاج هذا النوع من الطاقة له حدود مادية و جغرافية: يجب أن تقع محطات الطاقة في الواقع بالقرب من حدود الصفائح التكتونية و في نفس الوقت تكون بعيدة عن المراكز المأهولة.

على الرغم من أن كفاءة الطاقة الحرارية الأرضية أقل من الأنواع الأخرى من الطاقة المتجددة، إلا أن هذا لا يخضع لمشاكل انقطاع مصدر الطاقة، على عكس الشمس أو الماء أو الرياح، تظل حرارة القلب ثابتة دائما و بالتالي فهي قادرة باستمرار على الإنتاج.

في ختام

نجد أن الطاقة الحرارية الأرضية تمثل موردًا حيويًا و مستدامًا لتلبية احتياجاتنا المتزايدة للطاقة. فهي تعتمد على عملية استخراج الحرارة من باطن الأرض باستخدام التقنيات المناسبة، مما يجعلها خيارًا مثيرًا للاهتمام في مواجهة التحديات البيئية و الطاقوية العالمية.

من خلال الاستثمار في البحث و التطوير، و تبني التكنولوجيا الحديثة، يمكننا استغلالها بشكل أكبر و أكثر كفاءة. كما يجب أن نضع في اعتبارنا الاستدامة و التوازن مع البيئة أثناء استخدام هذه التقنيات.

علاوة على ذلك، يمكن للطاقة الحرارية الأرضية أن تلعب دورًا مهمًا في تحقيق الاكتفاء الذاتي بالطاقة و تقليل اعتمادنا على مصادر الطاقة التقليدية و الملوثة. و مع تطور التكنولوجيا و تعميق فهمنا للعمليات الجيولوجية، يمكن أن نتوقع أن تصبح جزءًا أساسيًا من مزيج الطاقة العالمي في المستقبل.

لذلك، يجب علينا تعزيز الجهود لتعزيز استخدام الطاقة الحرارية الأرضية و دعم الأبحاث التي تهدف إلى تحسين تقنيات استخراجها و استخدامها بشكل فعال و مستدام. إن الاستثمار في هذا المجال ليس فقط يعزز الاقتصادات المحلية و يخلق فرص عمل جديدة، و لكنه أيضًا يسهم في الحفاظ على كوكب الأرض و تحسين جودة حياة الجميع.