Geothermische energie
Aardwarmte of geothermische energie is energie die wordt gewonnen door gebruik te maken van het temperatuurverschil tussen de aardoppervlakte en diep in de aarde gelegen warmtereservoirs. Vooral in vulkanische streken (IJsland) liggen die op zo geringe diepte dat winning economisch lonend mogelijk is.
Ook in Nederland en België is deze techniek in opkomst, met name voor de temperatuurregeling in gebouwen. Grondwater, vaak op een diepte van zo'n 100 m, wordt opgepompt en 's winters gebruikt als (basis-)verwarming van gebouwen waarna het weer de bodem wordt ingepompt. In de zomer kan het grondwater dienen als koeling. Minder diep kan ook, zie Warmtepomp.
Aardwarmte kan zowel direct gebruikt worden, bijvoorbeeld om te verwarmen en te koelen, maar ook voor de opwekking van elektrische stroom of in een warmtekrachtkoppeling. Met aardwarmte wordt zowel
- de wetenschappelijk technische bezigheden met aardwarmte als
- de wetenschappelijke bezigheden met de thermische situatie van de aarde, geothermiek, bedoeld.
De eerste keer dat aardwarmte voor het opwekken van elektriciteit werd gebruikt was in Larderello in Toscane. In 1913 werd door graaf Piero Ginori Conti een krachtcentrale gebouwd waarin met waterdamp aangedreven turbines een vermogen van 220 kW opwekten. Vandaag wordt ongeveer 400 MW aan het Italiaanse energienet geleverd. Onder Toscane treffen de Noord-Afrikaanse en de Euraziatische plaat elkaar, wat er toe leidt dat magma zich relatief dicht onder de aardoppervlakte bevindt. Dit hete magma verhoogt hier de temperatuur van de bodem dusdanig dat economisch gebruik van de aardwarmte mogelijk is.
Bij hydrothermale stroomopwekking zijn watertemperaturen van minstens 100 °C nodig. Hydrothermale installaties waarbij temperaturen van meer dan 150 °C voorkomen kunnen direct voor het aandrijven van turbines worden gebruikt. Deze temperaturen zijn echter lang niet overal beschikbaar. Hierdoor werd aardwarmte op veel plaatsen uitsluitend voor verwarming van gebouwen gebruikt. Ook in Nederland is dit het geval. Nieuw ontwikkelde "Organic Rankine Cycle"-installaties (ORC) maken echter temperaturen vanaf 80 °C geschikt voor stroomopwekking. Deze werken met een organisch medium, dat bij relatief geringe temperaturen verdampt. Deze damp drijft over een turbine de stroomgenerator aan. Een alternatief voor de ORC-methode is de Kalinamethode. Hier worden mengsels van twee stoffen, bijvoorbeeld uit ammoniak en water als werkzame stoffen gebruikt. Voor installaties van laag vermogen (< 200 kW) zijn ook motorische installaties als Stirlingmotoren denkbaar. Aardwarmte is geschikt om grondbelasting van het stroomnet mee te bedienen.
De stroomopwekking uit aardwarmte gebeurt traditioneel in landen die over hoogenthalpievindplaatsen beschikken, waarin temperaturen van meerdere honderden graden op relatief geringe diepte (< 2000 m) worden aangetroffen. De locaties kunnen daarbij afhankelijk van druk en temperatuur, water of stoomgedomineerd zijn. Bij moderne winningstechnieken worden de afgekoelde vloeistoffen gereïnjecteerd, zodat paktisch geen negatieve milieueffecten zoals zwavelreuk meer optreden.
Stroomopwekking uit geothermie concentreert zich traditioneel in landen die over hoogenthalpe vindplaatsen beschikken (veelal vulkaangebieden). In landen waar dit zoals in Nederland niet beschikbaar is kan elektriciteit bij relatief lage temperaturen, zo'n 100-150 °C worden opgewekt, of dient men diep te boren. Op dit moment is wereldwijd een hausse aan de gang bij het gebruik van aardwarmte voor elektriciteitsopwekking. Het geïnstalleerd vermogen bedroeg in 2004: 8912 GW en hiermee werd 56.798 GWh/a elektrische energie opgewekt.
Laagenthalpe vindplaatsen worden tot nog toe wereldwijd weinig gebruikt. Wel is er al ruim 100 jaar een experimentele centrale in Larderello (Italië nabij Siena), terwijl ook in San Francisco (VS) aardwarmte wordt benut. In de toekomst zullen ze aan belang winnen gezien deze gebruiksvorm overal mogelijk is en geen speciale eisen aan de geologische situatie stelt. In Duitsland werd in 2003 de eerste installatie van dit soort in gebruik genomen, het Geothermie-Kraftwerk Neustadt-Glewe. In Nederland of België bestaan er tot op heden (2006) nog geen plannen om aardwarmte voor elektriciteitsopwekking te gaan gebruiken.
De laatste 5 jaar werd het gebruik van aardwarmte voor stroomopwekking sterk opgevoerd. Betreffende landen wereldwijd staan in de tabel van de toenamen voor de periode 2000-2005.
Betreffende het gebruik per hoofd van de bevolking is IJsland op dit moment koploper met 200 MWe geïnstalleerd vermogen (geothermie in IJsland). De V.S. van Amerika leiden daarentegen met een geïnstalleerd vermogen van 2000 MWe nog voor Indonesië.