Duurzaam verwarmen met geothermische energie

In de energietransitie lijkt alle zegen van boven te komen. Denk aan de zon, de wind en de regenbuien die de stuwmeren van de waterkrachtcentrales vullen. We proberen onze energie niet langer op te diepen uit de aarde, maar uit de hemelen die ons overspannen.

Helaas zitten daar flinke nadelen aan. Waterkracht en windparken verwoesten landschappen. En zonnepanelen leveren ’s nachts geen energie, waardoor er broeikasgasbrakende basislastcentrales nodig zijn. Systemen om duurzaam gewonnen energie op te slaan voor gebruik tijdens windstille en bewolkte momenten staan in de kinderschoenen. Zeker is dat ze de transitie naar een duurzame energievoorziening veel duurder zullen maken dan ons op dit moment wordt voorgespiegeld.

Lees ook: Energiemeter kopen, aansluiten en aflezen

Uit de aarde

Misschien komt de oplossing toch weer van beneden. Want behalve de halfverteerde resten van bomen en dieren bevat de aarde nóg een energiebron: warmte. De aarde is een gloeiendhete bol van gesmolten gesteentes en metalen, omgeven door een dunne korst. Deze bestaat uit tektonische platen die als ijsschotsen op het gesmolten binnenste drijven. Aan de randen van deze platen komt het gesmolten gesteente in de vorm van vulkanen aan het oppervlak. Dat is gevaarlijk, maar ook zeer nuttig. 

Volgens het boek ‘Rare Earth’ van Peter Ward en Donald Brownlee lijkt tektonische activiteit een van de voorwaarden te zijn voor leven. Vulkanen brengen CO2 de atmosfeer in, wat essentieel is voor het plantaardig leven, en dat op zijn beurt als voedsel dient voor dieren. Het gas wordt niet alleen vastgelegd door planten, maar ook in gesteentes. Zonder vulkanen zou het dus allang zijn opgeraakt, waardoor fotosynthese zou zijn gestopt en de evolutie zou zijn vastgelopen.

20 kilometer diep

Waarom de aarde van binnen zo heet is, vormt een onderwerp van debat. Gaat het om restwarmte van de talloze botsingen tussen grotere en kleinere objecten die uiteindelijk de aarde vormden? Of is het binnenste van de aarde in feite een kernsplijtingscentrale? Want dat de aarde radioactief is, staat vast. Maar of er onder onze voeten daadwerkelijk op grote schaal kernsplijting plaatsvindt, dient nog altijd bewezen te worden. 

Als het zo is, dan bevindt de mensheid zich in feite tussen een kolossale kernfusiecentrale op 150 miljoen kilometer afstand, en behoorlijke kernsplijtingscentrale diep onder de grond. Toegang tot duurzame energie kan dan onmogelijk een probleem zijn. Dat wil zeggen: als je al deze energie kunt oogsten. Want net als zonne-energie kent zogeheten geothermische energie hardnekkige problemen. 

Samengevat komen deze erop neer dat op de meeste plaatsen op aarde deze energie te diep zit. Aardwarmte om bijvoorbeeld kassen te verwarmen, is goed mogelijk en wordt in Nederland dan ook sinds jaar en dag toegepast. Maar om een elektriciteitscentrale aan te drijven, zijn putten nodig tot wel 20 kilometer diep, waar de temperatuur zo’n 500 graden Celsius bedraagt.

De diepste put ooit geboord bevindt zich uit de kust van Qatar en reikt tot 12.290 meter onder het aardoppervlak. Veel dieper is niet mogelijk, zo achten de deskundigen. Bij temperaturen van vele honderden graden gaan namelijk de diamanten in de boorkop stuk. 

Jammer, want anders konden we IJsland navolgen en gewoon een aantal geothermische centrales bouwen die ons 24 uur per dag van goedkope stroom zouden voorzien. En die bovendien niet meer ruimte zouden innemen dan een ouderwetse gascentrale.

Gyrotron

Maar er lijkt een technologische revolutie aanstaande die alles anders maakt. Op verschillende plekken op de wereld worden technieken ontwikkeld om gesteente te verbranden, in plaats van te verbrijzelen. Dat klinkt tegenintuïtief, maar het kan. Het Slovaakse bedrijf GA Drilling (bedrijfsslogan: ‘Geothermal Anywhere’) gebruikt daarvoor een superheet plasma dat geproduceerd wordt in een ‘boorstaaf’ die aan een kabel wordt neergelaten. Het plasma verbrandt het gesteente tot een fijn stof dat vervolgens met perslucht (ook afkomstig uit de boorstaaf) de put uit wordt geblazen.

Het Amerikaanse bedrijf Quaise, een spin-off van het MIT, verbrandt rotsen met behulp van zogeheten millimeterstraling. Dat is elektromagnetische straling met frequenties tussen de 30 en 300 GHz, oftewel net onder het infrarode bereik. Millimeterstraling wordt goed door gesteente geabsorbeerd en is bovendien prima te versturen over afstanden tot enkele tientallen kilometers. 

De eigenlijke stralingsbron, een zogenoemde gyrotron, bevindt zich aan het oppervlak. De straling wordt door een metalen buis (een ‘golfpijp’) naar de boorstaaf gestuurd. Terwijl deze zich door het gesteente vreet, slaat een deel van het verdampte gesteente neer op de wand van de put, die daardoor verglaast. Quaise heeft onlangs 40 miljoen dollar opgehaald en wil volgend jaar een eerste put branden.

Als deze boortechnieken inderdaad de veldproeven doorstaan, dan kan er in principe op elke plek ter wereld een geothermale energiecentrale worden gebouwd. Ook in Nederland dus. Quaise wijst er bovendien op dat de geothermale putten gekoppeld kunnen worden aan de turbines van bestaande energiecentrales. Zo zou bijvoorbeeld de veelbesproken kolencentrale Onyx op de Maasvlakte een tweede leven kunnen krijgen.

Aardbevingen

Zitten er dan helemaal geen nadelen aan deze vorm van energiewinning? Jawel. In 2006 vond in de buurt van het Zwitserse Basel een aardbeving plaats met een kracht van 3,4 op de schaal van Richter toen ingenieurs water onder hoge druk in een boorput injecteerden. Het project werd afgeblazen. Overigens hoeft er niet per se water in de grond te worden geïnjecteerd om energie te oogsten. Veel geothermische centrales draaien op natuurlijke stoom. Maar aardbevingen zijn wel iets om rekening mee te houden bij het bepalen van de bouwlocaties van geothermische centrales. 

Overigens zijn de bouwvoorschriften in aardbevingsgevoelige landen zoals Griekenland zodanig dat moderne huizen daar veel zwaardere aardbevingen zonder schade doorstaan.

Aardwarmte kan binnenkort zomaar de hoofdrol opeisen in de energietransitie. Natuurlijk zullen nimby’s (‘not in my backyard’) zich tegen de boorputten keren, maar velen zullen geothermische centrales op de Maasvlakte of kunstmatige eilanden best zien zitten als alternatief voor windmolens aan de horizon. Voor een klein land met een grote en zeer energiehongerige bevolking lijkt de techniek zeer geschikt.