Η Βιωσιμότητα των Γεωθερμικών Πόρων
Σε έναν κόσμο που αντιμετωπίζει την άνοδο του CO2 στην ατμόσφαιρα, η αντικατάσταση των ορυκτών καυσίμων με πιο «πράσινες» ενέργειες είναι πιο επίκαιρη από ποτέ. Μεταξύ των εναλλακτικών ενεργειών, οι γεωθερμικοί πόροι απαιτούνται όλο και περισσότερο. Η γεωθερμική ενέργεια είναι η θερμική ενέργεια που παράγεται και αποθηκεύεται στο εσωτερικό της Γης.
Μερικές χώρες έχουν την ευκαιρία να βρίσκονται σε περιοχές όπου η ροή θερμότητας είναι πολύ υψηλή λόγω της γειτνίασης με ενεργό ηφαιστειακό (μεσοωκεάνιο κορυφογραμμές και θερμά σημεία όπως στην Ισλανδία ή ηφαιστειακό τόξο όπως στη Νέα Ζηλανδία, την Ιταλία ή την Ιαπωνία) . Εδώ, η ροή θερμότητας - η κίνηση της θερμότητας από το εσωτερικό της Γης προς την επιφάνεια - είναι τόσο έντονη, που το νερό που κυκλοφορεί σε ιζηματογενείς ή πυριγενείς δεξαμενές θερμαίνεται μέχρι τη φάση των ατμών. Ο ατμός συλλέγεται από πηγάδια και χρησιμοποιείται σε τουρμπίνες για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας (γεωθερμικοί πόροι υψηλής ενθαλπίας). Σε χώρες που βρίσκονται σε περιοχές χαμηλής ροής θερμότητας, π.χ. τεκτονικά σταθεροί κρατώνες όπως ο Ανατολικός Καναδάς, τα υπόγεια ύδατα χαμηλής θερμοκρασίας χρησιμοποιούνται για την εξαγωγή θερμότητας σε εναλλάκτες θερμότητας και χρησιμοποιούνται απευθείας για τον κλιματισμό των κτιρίων (γεωθερμικοί πόροι χαμηλής ενθαλπίας).
Το Μεξικό είναι μια από τις χώρες που διαθέτει γεωθερμικούς πόρους υψηλής ενθαλπίας. Η Ομοσπονδιακή Επιτροπή Ηλεκτρισμού του Μεξικού (CFE, Comision Federal Electricidad ) εκμεταλλεύεται πολλά πεδία όπου ο ατμός εξάγεται σε βαθιά πηγάδια με ρυθμούς αρκετών δεκάδων τόνων ανά ώρα για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Για τέσσερα χρόνια, μια διεθνής ομάδα επιστημόνων από το Μεξικό, τις ΗΠΑ και τον Καναδά μελέτησε την προέλευση και τις πηγές ατμού που περιέχονται σε αυτά τα πεδία, ιδιαίτερα στο Cerro Prieto (Baja California).
Το Cerro Prieto είναι το μεγαλύτερο γεωθερμικό πεδίο υψηλής ενθαλπίας που χρησιμοποιείται για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας στον κόσμο. Μετά από 50 χρόνια εκμετάλλευσης, έγιναν 429 γεωθερμικές γεωτρήσεις. Επί του παρόντος, 147 λειτουργικά πηγάδια εξάγουν περίπου 34,6 εκατομμύρια μετρικούς τόνους ατμού ετησίως, για συνολική εγκατεστημένη ισχύ 570 MWe, ικανή να καλύψει τις ανάγκες ηλεκτρικής κατανάλωσης της πολιτείας Μπάχα Καλιφόρνια.
Γενικά θεωρείται ότι ο ατμός προέρχεται από γλυκό νερό που τροφοδοτεί το σύστημα και εξασφαλίζει την ανθεκτικότητα του πόρου και ένα μικρό κλάσμα μαγματικού νερού, δηλαδή νερό από την κρυστάλλωση του θερμαινόμενου σώματος μάγματος. Ωστόσο, οι δεξαμενές, όπως αυτές που περιέχουν ορυκτά καύσιμα, μπορεί να περιέχουν ένα άλλο ρευστό συστατικό:συγγενικό νερό, δηλαδή νερό που έχει εγκλωβιστεί τη στιγμή της απόθεσης των πετρωμάτων, είτε ιζηματογενούς προέλευσης είτε ηφαιστειακής. Η παρουσία συγκολλητικού νερού δείχνει ότι το σύστημα είναι σχετικά κλειστό και ότι η επαναφόρτιση δεν έχει την ικανότητα να αναπληρώσει πλήρως τη δεξαμενή. Αυτό έχει άμεσο αντίκτυπο στη βιωσιμότητα του γεωθερμικού πόρου. Πράγματι, η διάρκεια ζωής μιας γεωθερμικής δεξαμενής σχετίζεται με την ικανότητα του γλυκού νερού να τροφοδοτεί τη δεξαμενή έναντι του ρυθμού εκμετάλλευσης των ρευστών. Η παρουσία συγγενούς νερού μπορεί να μειώσει δραστικά τη διάρκεια ζωής της δεξαμενής και πρέπει να εκτιμηθεί. Για να αντιμετωπίσετε αυτά τα προβλήματα, ο χρησιμοποιημένος ατμός συχνά εγχέεται ξανά στη δεξαμενή για να αντισταθμιστεί η απώλεια υγρού και η πίεση στο βάθος.
Οι συγγραφείς της μελέτης χρησιμοποίησαν ισότοπα ευγενών αερίων για να εντοπίσουν τις πηγές ρευστών στα γεωθερμικά πεδία του Cerro Prieto. Τα ευγενή αέρια είναι αδρανή στοιχεία, που σημαίνει ότι διατηρούν τη στοιχειακή (και ισοτοπική) σύστασή τους των πηγών ρευστών στα οποία περιέχονται. Ιδιαίτερα χρήσιμη είναι η ισοτοπική σύνθεση του ηλίου (αναλογία He/He).
Είναι άφθονο στον επίγειο μανδύα αλλά όχι στην ατμόσφαιρα. Το μαγματικό νερό θα περιέχει πολύ He, ενώ το γλυκό νερό (που περιέχει διαλυμένο ατμοσφαιρικό ήλιο) όχι. Το συγγενικό νερό θα συσσωρεύεται με το χρόνο ραδιογόνο He, το οποίο παράγεται από τη διάσπαση του U και του Th που περιέχονται στα πετρώματα της δεξαμενής. Χρησιμοποιώντας αυτά τα ισότοπα, οι συγγραφείς αυτής της μελέτης έδειξαν ότι τα υπόγεια ύδατα που περιέχονται στη δεξαμενή Cerro Prieto είναι πράγματι ένα μείγμα από τα τρία υγρά:μαγματικό, γλυκό νερό και συγγενικό νερό.
Επειδή η συνολική ποσότητα ραδιογόνου He στο ρευστό είναι ανάλογη με τον ρυθμό παραγωγής του στο βράχο, μπορεί να υπολογιστεί μια ακαθάριστη εκτίμηση του χρόνου παραμονής του υγρού. Τα αποτελέσματα δίνουν «ηλικίες» νερού 1,5-1,8 εκατομμυρίων ετών, που είναι η ηλικία εναπόθεσης των δελταϊκών ιζημάτων που αποτελεί τη γεωθερμική δεξαμενή του Cerro Prieto. Αυτό σημαίνει ότι μέρος του ατμού που παράγεται στο Cerro Prieto είναι τόσο παλιό όσο ο βράχος που τον περιέχει. Αυτή η ανακάλυψη έθεσε μια σοβαρή απειλή για τη βιωσιμότητα του γεωθερμικού πόρου, όπως κάθε ορυκτή ενέργεια που αποθηκεύεται στον χερσαίο φλοιό. Αυτό το συγγενικό συστατικό των ρευστών πρέπει να προσδιοριστεί με σαφήνεια και να εκτιμηθούν επακριβώς οι όγκοι για να προσδιοριστεί η ανθεκτικότητα του πόρου και για έναν σωστό σχεδιασμό διαχείρισης για μελλοντική εκμετάλλευση αυτής της μορφής ενέργειας.
