Aardwarmte

Wat is aardwarmte eigenlijk? Aardwarmte is de warmte die binnenin de aarde is. Het bestaat uit 30% uit de warmte die nog over is uit de tijd dat de aarde ontstond en voor 70% door het radioactief verval van isotopen bijvoorbeeld kalium, uraan en thorium. Alle warmte wordt afgevoerd via de aardkorst. Een stuk van de aardkorst van 1 km3 en met een temperatuur van 200 °C kan gedurende 30 jaar 30 MW elektriciteit leveren. In jonge vulkanische gebieden kan de aardwarmte dicht aan de oppervlakte komen, waardoor de temperatuur met 200 °C per km diepte toeneemt. Komt in zo'n gebied grondwater in aanraking met dit warme gesteente, dan wordt er heet water of stoom gevormd (Geisers & Fumarolen & Hete Bronnen) Ook wil ik het hebben over de Aarde, Magma en Vulkanen omdat die ook allebei veel met de Aardwarmte te maken hebben. Als er in een geothermisch veld (energie in de vorm van warmte uit de aarde) heet water of stoom wordt gevormd, is aardwarmte te gebruiken voor de productie van elektrische energie. Dit gebeurt in geothermische centrales. De stoom, die uit het veld komt, zet uit in een stoomturbine, die gekoppeld is met een generator. Doordat voor het arbeidsproces er in verhouding een lage temperatuur van stroom is, heeft een geothermische centrale een niet groot nuttig effect. In principe is het gebruik van aardwarmte niet erg slecht voor het milieu. De warmte is beschikbaar en onuitputtelijk. Toch zijn er een paar bezwaren. In het geval van hot dry rock (het inpompen van water, waardoor de warmte van het gesteente wordt onttrokken en naar de oppervlakte wordt gevoerd) bestaat er een (kleine) kans op aardbevingen, ontstaan door het afkoelen van het gesteente. Bij het oppompen van heet water uit de diepte komen ongewild vele zouten mee. De concentratie hiervan is vaak hoger dan die van zeewater. Hieronder wil ik doorgaan op de cursieve woorden. Conclusie: toch is aardwarmtewinning nuttig, goedkoop en onuitputtelijk. Aarde: De aarde bestaat uit verschillende lagen. De buitenste, gasvormige laag is ongeveer 1100 km dik en wordt atmosfeer genoemd. Oceanen en meren vormen de hydrosfeer, een waterlaag die zeventig procent van het aardoppervlak beslaat. De aardkorst bestaat uit de continentale en oceanische korst en is een steenlaag die ongeveer 60 km dik is. De aardmantel is een ondoordringbare schaal die de buitenkern van de aarde omringt en kan een diepte bereiken van 2900 km. Samen meten de radiussen van de binnen- en buitenkern ongeveer 3300 km. De temperatuur van de aardkern kan oplopen tot 6650 °C.
Magma: Magma is een gloeiende vloeibare stof, die bestaat uit gesmolten gesteenten. Hieruit ontstaat door stolling de stollingsgesteenten. Magma wordt soms op verschillende plaatsen in de aardkorst gemaakt. In de scheikunde is de samenstelling van magma niet bekend, omdat het kristallisatieproces (uitkristallisatie) onder andere gasrijke oplossingen naar hogere delen van de aardkorst ontsnappen. De diepgesteenten die uit magma zijn ontstaan en door het proces van de magmatische differentiatie zijn gescheiden in (chemisch) verschillende gesteenten. Voorbeelden daarvan zijn zuur magma, basisch magma en intermediair magma, waaruit na kristallisatie ontstaan kiezelzuurrijke en kiezelzuurarme gesteente. Als uiterste differentiatie kunnen zo metaalrijke differentiaten ontstaan die afzettingen van erts kunnen vormen. Vulkanen: De oorzaak van een vulkaan ligt op diepten van 10 tot 20 kilometer in vulkaanhaarden of magmakamers (voor magma zie hieronder). Doordat de gasdruk hoger wordt, gaat het vulkanische materiaal langs breuken en spleten naar hogere delen van de aardkost. Volgens Niggli zijn het vooral de gasbestanddelen in het magma die het vulkanisme veroorzaken, waarbij ook een relatief klein deel van de inhoud van de magmahaard het aardoppervlak bereikt. Het merendeel stolt op lage diepte van de korst in subvulkanen. Alle stollingsgesteenten van magma tot een diepte van ca. 2 km zijn subvulkanisch. Vulkanen kunnen grote gevaren opleveren. Geisers & Fumarolen & Hete Bronnen: Geisers zijn nuttig, bijvoorbeeld in Reykjavik, waar met deze goedkope en overvloedig aanwezige energie veel gebouwen worden verwarmd. Geisers, fumarolen en hete bronnen komen voor in vulkanische gebieden, waar dicht onder de oppervlakte een hoge temperatuur is. Doordat er dicht onder de oppervlakte een hoge temperatuur is wordt het grondwater tot het kookpunt verhit. Als het water gaat koken, wordt de druk zo hoog dat een straal heet water (en stoom) met kracht omhooggeduwd wordt, naar de oppervlakte. Als het water de oppervlakte heeft bereikte, vermindert de druk, waardoor het kookpunt weer lager wordt. Daardoor verdampt de hele waterstraal in 1 keer en spuit uit de grond. Dit noemen we eruptie. Daarna wordt uit een systeem van ondergrondse kanalen nieuw, kouder water toegevoerd, dat wordt opgewarmd tot de temperatuur hoog genoeg is voor een nieuwe eruptie. Het verschil tussen een geiser en fumarolen, is dat fumarolen geen water maar hete gassen uitstoten. De gassen zijn tussen de 100 en 1000 °C
Ook hete bronnen werken als geisers, maar staan onder lagere druk. Het water spuit er niet uit (zoals bij geisers). De temperatuur in deze natuurlijke bronnen ligt vaak boven de 60 °.