الزئير الكاسح للحمم البركانية المنفجرة، أعمدة الدخان الرمادية الشاهقة، والهزات الأرضية – تُعتبر الانفجارات البركانية شهادة على قوة الأرض الساحقة. من ناحية أخرى، الانغماس في ينبوع ماء ساخن في الهواء الطلق، مما يوفر راحة للجسم والعقل، هو هدية أخرى تقدمها البراكين. هذه القوة المخيفة والمثيرة للطبيعة تُعد في الواقع مصدرًا محتملاً لأصبح مصدرا للطاقة النظيفة في المستقبل.
تكتسب الطاقة الجوفية اهتمامًا كمورد متجدد من المناطق البركانية. على الرغم من عدم تعرّفها على نطاق واسع كطاقة الرياح أو الطاقة الشمسية، يمكن أن تصبح الاستفادة من حرارة الأرض خيارًا جديدًا للطاقة المستدامة.
محطة Nesjavellir الجيوحرارية للطاقة في آيسلندا. الجبال في الخلفية تشهد على النشاط البركاني للمنطقة. بواسطة جريتر إيفارسون
علم الطاقة الجيوحرارية
تستفيد الطاقة الجيوحرارية من الحرارة الناتجة عن العمليات الطبيعية في أعماق الأرض. يبلغ درجة الحرارة الهائلة لنواة الأرض حوالي 5,400°C، وتتحرك هذه الحرارة تدريجيًا نحو السطح. عادةً، تقوم هذه الحرارة بتسخين الصخور والمياه الجوفية بالقرب من السطح، لكن في المناطق النشطة بركانيًا، يزداد شدة الحرارة بشكل كبير.
تعمل البراكين كفتحات عملاقة، تجعل الصهارة (الصخور المنصهرة) أقرب إلى سطح الأرض. في حين أن بعض هذه الصهارة قد تنفجر، يبقى معظمها تحت الأرض، مما يسخن باستمرار الصخور والماء المحيطين بها.
عندما تصل هذه المياه المسخنة إلى السطح، تتجلى في ينابيع ساخنة أو ينابيع ماء معدني. يمكن لهذه الظواهر أن تستمر لآلاف السنين، مما يدل على الاستقرار طويل الأمد للطاقة الجيوحرارية.
كيف تُستغل الطاقة الجيوحرارية
لتحويل الطاقة الجيوحرارية إلى كهرباء، يحتاج المهندسون في البداية إلى تحديد المواقع الجيوحرارية الساخنة. يبحثون عن مناطق يكون فيها الصهارة قريبة من السطح ويحفرون بئرًا عميقة. تُحفر هذه الآبار حتى تصل إلى الصخور والمياه المسخنة.
يُوجَّه البخار الذي يُجلب إلى السطح من خلال هذه الآبار إلى محطات الطاقة. هناك، يقوم بتدوير التوربينات وتحريك المولدات لإنتاج الكهرباء. بعد إنتاج الطاقة، يُبرَّد البخار ويعود إلى حالته كماء.
ثم يُعاد استخدام هذا الماء لتحقيق كفاءة أكبر. على سبيل المثال، يمكن استخدامه لتبخير سائل آخر ذو درجة غليان أقل (مثل البوتان) لتشغيل مولدات ثانوية. بعد ذلك، يعود الماء تحت الأرض لتسخينه مرة أخرى، ويُعاد تكرار الدورة.
تستند هذه العملية إلى حقيقة أن الأرض تولد الحرارة باستمرار. لهذا السبب، تُعد الطاقة الجيوحرارية موردًا متجددًا حقًا.
مزايا الطاقة الجيوحرارية
تعتبر الطاقة الجيوحرارية ذات مزايا عديدة مقارنة بمصادر الطاقة الأخرى. أولاً، هي متجددة. يتم توليد الحرارة الداخلية للأرض باستمرار، مما يجعلها خالية من القلق بشأن النفاد.
أيضًا، تطلق محطات الطاقة الجيوحرارية كميات أقل من الملوثات والنفايات والغازات الدفيئة مقارنة بالمحطات التي تحرق الفحم أو الغاز أو النفط أو تستخدم الطاقة النووية. هذا مهم من ناحية مكافحة الاحتباس الحراري.
علاوة على ذلك، يمكن استخدام مصادر الطاقة الجيوحرارية لعشرات السنين أو حتى لفترة أطول. على عكس المصادر الأخرى للطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية والرياح، تتوافر الطاقة الجيوحرارية 24/7، 365 يومًا في السنة. لا تتأثر بالطقس أو الوقت من اليوم، مما يسمح بإمداد طاقة ثابت.
مبادرات عالمية في الطاقة الجيوحرارية
تُستخدم الطاقة الجيوحرارية بالفعل في أماكن عديدة حول العالم، خصوصًا في المناطق التي تشهد نشاطًا بركانيًا نشطًا.
- آيسلندا: تعد آيسلندا رائدة في استخدام الطاقة الجيوحرارية. نحو 25٪ من كهربائها تأتي من الطاقة الجيوحرارية، مع ما يقرب من 100٪ من كهربائها تأتي من مصادر متجددة. باستخدام خصائصها الجغرافية كونها موجودة على العديد من البراكين النشطة، تستخدم آيسلندا الطاقة الجيوحرامية ليس فقط لتوليد الكهرباء ولكن أيضًا للتدفئة المركزية والزراعة في الدفيئات.
- نيوزيلندا: تمتلك نيوزيلندا واحدة من أعلى نسب توليد الطاقة الجيوحرامية في العالم. حوالي 17٪ من كهربائها تأتي من الطاقة الجيوحرارية، مع نهج فريد يجمع بين الاستخدام التقليدي الماوري للطاقة الجيوحرامية مع أحدث التقنيات.
- الفلبين: تعد الفلبين ثالث أكبر منتج للطاقة الجيوحرارية في العالم. حوالي 14٪ من كهربائها المحلية تأتي من الطاقة الجيوحرامية، مع تطوير نشط يستفيد من خصائصها الجغرافية كأرخبيل بركاني.
- إندونيسيا: يقول إن إندونيسيا لديها أكبر مورد للطاقة الجيوحرامية في العالم. حاليًا، يتم توفير حوالي 5٪ فقط من كهربائها بالطاقة الجيوحرامية، لكن هناك خطط لزيادة قدرة الطاقة الجيوحرامية ثلاث مرات بحلول 2025.
- الولايات المتحدة: تُعَدُّ الولايات المتحدة أكبر مُنتِج للطاقة الجيوحرامية في العالم. تُستخدم بشكل نشط خصوصًا في المناطق البركانية الغربية مثل كاليفورنيا ونيفادا. مؤخرًا، تركز الجهود على تطوير تقنية النظام الجيوحراري المحسن (EGS).
- اليابان: تعد اليابان ثالث أكبر مالك لموارد الطاقة الجيوحرامية في العالم، لكن استغلالها محدود. ومع ذلك، منذ الزلزال الكبير في شرق اليابان عام 2011، زاد الاهتمام بالطاقة المتجددة، ويتم التطوير الجيوحرامي تدريجيًا.
التحديات والاحتياطات المحددة
رغم أن الطاقة الجيوحرامية لها مزايا عديدة، هناك أيضًا بعض التحديات. هنا التحديات الرئيسية واحتياطاتها:
- تكاليف بداية مرتفعة: بناء محطات الطاقة الجيوحرامية يتطلب استثمارًا كبيرًا في البداية.
احتياطات: تقديم الدعم الحكومي والحوافز الضريبية، وضمان عقود شراء طاقة طويلة الأجل لتشجيع الاستثمار الخاص، و تقليل التكاليف من خلال الابتكار التكنولوجي (مثل تطوير تقنيات حفر أكثر كفاءة) - القيود الجغرافية: تتركز الموارد الجيوحرامية في مناطق محددة.
احتياطات: تطوير تقنية النظام الجيوحراري المحسن (EGS)، وتطوير أنظمة طاقة جيوحرامية صغيرة الحجم - الأثر البيئي: هناك مخاطر تتعلق بانخساف الأراضي والزلازل الصغيرة المرتبطة بتطوير الطاقة الجيوحرامية.
احتياطات: تقديم أنظمة مراقبة أرضية مستمرة، وتطوير تقنيات تحسين حقن المياه - انبعاث الغازات الضارة: قد تحتوي السوائل الجيوحرامية على غازات ضارة مثل كبريتيد الهيدروجين.
احتياطات: اعتماد أنظمة مغلقة الحلقة، وتحسين أنظمة إزالة الغاز - نفاد الموارد: قد يؤدي الاستخراج الزائد إلى نضوب الموارد الجيوحرامية.
احتياطات: إدخال خطط إدارة الموارد المستدامة، تحسين تقنيات محاكاة المخزن الجيوحراري
أحدث الابتكارات التكنولوجية
شهد مجال الطاقة الجيوحرامية تطورات تكنولوجية ملحوظة في السنوات الأخيرة. على سبيل المثال، الأبحاث المُعلنة في عام 2022 تحقق تقدمًا في تطوير الأنظمة الجيوحرارية الفائقة. تعمل هذه الأنظمة في ظروف درجات حرارة وضغوط أعلى من الأنظمة الجيوحرارية التقليدية، مما يسمح باستخراج الطاقة بكفاءة أعلى.
تُجرى أيضًا جهود لتحسين استكشاف الموارد الجيوحرامية وتشغيل محطات الطاقة باستخدام تقنيات الذكاء الاصطناعي (AI) وتعلم الآلة. من المتوقع أن يُمكن ذلك من تحديد مواقع جيوحرارية واعدة بدقة أكبر وتحسين كفاءة توليد الطاقة.
علاوة على ذلك، تكتسب تقنية استخراج الليثيوم اهتمامًا كتطبيق جديد للطاقة الجيوحرامية. من خلال استرجاع الليثيوم من مياه الصرف لمحطات الطاقة الجيوحرامية، قد يكون من الممكن المساهمة في توفير الموارد الحيوية اللازمة لإنتاج بطاريات السيارات الكهربائية.
الخاتمة
تحمل الطاقة الجيوحرامية القدرة على لعب دور حيوي في مستقبلنا المستدام كمصدر للطاقة النظيفة والمتجددة. من خلال استغلال الحرارة الطبيعية من المناطق البركانية، يمكننا تقليل اعتمادنا على الوقود الأحفوري بشكل كبير والحد من انبعاثات الغازات الدفيئة.
المبادرات العالمية والابتكارات التكنولوجية الأحدث تحسن بشكل أكبر من استخراج الطاقة الجيوحرامية والكفاءة في استخدامها. على الرغم من التحديات، هناك تطوير للاحتياطات للتعامل معها، والفوائد الطويلة الأمد للطاقة الجيوحرامية واضحة. كمصدر للطاقة المتاحة طوال العام، وغير متأثرة بالظروف الجوية، تُعتبر الطاقة الجيوحرامية تكملاً مهمًا لمصادر الطاقة المتجددة الأخرى.
بدلاً من الخوف من قوة البراكين، من خلال استخدامها بحكمة، يمكننا فتح سبلاً جديدة لتلبية احتياجات الطاقة المتزايدة بينما نحمي البيئة. مستقبل الطاقة الجيوحرامية مشرق، ومن المتوقع أن تحتل مكانة مهمة في مزيج الطاقة المستدامة. وراء زئير الانفجارات وبخار الينابيع الساخنة يكمن مستقبل الطاقة النظيفة.
Could we use volcanoes to make electricity?
Geothermal power generates higher living standards, lower heating costs and less pollution
Geothermal key to Iceland’s path to 100% renewables and overall good investment
Philippines is 3rd largest geothermal market globally: Fitch
New Zealand: A natural lab for volcano-tectono-hydrothermal interactions
A Stanford study analyzes the techno-economics of enhanced geothermal systems across the continental United States under baseline and advanced scenarios.
Geothermal power in Japan
