Što je to geotermalna energija i kakav je značaj za Hrvatsku

Geotermalna energija je energija pohranjena u unutrašnjosti Zemlje u obliku topline. Naziv dolazi od grčkih riječi gē (Zemlja) i thermē (toplina). Toplina se stvara zbog raspadanja radioaktivnih elemenata u Zemljinoj kori i plaštu, zaostale topline iz vremena nastanka Zemlje i toplinskih tokova iz jezgre prema površini.

Ova energija iskorištava se bušenjem do slojeva gdje postoje vruće stijene, podzemna voda ili para, ovisno o temperaturi, a primjene su različite. Slojevi u kojima su temperature visoke, iznad 150 °C buše se radi proizvodnje električne energije (npr. elektrane u Islandu, Italiji, Turskoj). Slojevi u kojima su temperature srednje i niže (40–150 °C) koriste se za grijanje stambenih i poslovnih prostora, staklenika, bazena, sušenje poljoprivrednih proizvoda. Na ovim slojevima buši se za gradnju niskoenergetskih sustava (ispod 25 °C). Na tim slojevima postavljaju se plitke geotermalne sonde i dizalice topline za grijanje i hlađenje.

Prednosti geotermalne energije su obnovljiv i gotovo neiscrpan izvor energije koji je uz to stabilan i pouzdan (ne ovisi o vremenskim prilikama kao sunce ili vjetar), te ima malene emisije stakleničkih plinova. Ograničenja su moguća lokalna potrošnja resursa (ako se ne voda vraća natrag u rezervoare), visoki početni troškovi istraživanja i bušenja i nejednaka dostupnost – ovisi o geološkim obilježjima.

“Duboka”geotermalna energija

Duboka geotermalna energija iskorištava se u velikim komercijalnim projektima. Da bi neko geotermalno ležište bilo isplativo za proizvodnju električne energije ili topline na velikoj skali, mora imati nekoliko ključnih obilježja.

Prvi faktor je da toplinski gradijent mora biti iznad prosjeka. Globalni prosjek iznosi oko 25–30 °C po kilometru dubine. Za geotermalne elektrane potrebni su gradijenti viši od 40 °C/km. Hrvatska u tom pogledu ima posebnu prednost: u Panonskom bazenu zabilježen je toplinski gradijent i do 60 posto veći od europskog prosjeka, pa se na dubini od oko 2 kilometra nalazi voda toplija od 150 °C.

Drugi faktor je izvor te topline. U vulkanskim područjima izvor su magmatski intruzivi i vulkanske aktivnosti koje prenose toplinu iz plašta (primjeri su Island, Italija ili Indonezija). U ne-vulkanskim područjima, kakav je Panonski bazen, toplina nastaje raspadom radioaktivnih elemenata u granitima, dok debeli slojevi sedimenata djeluju kao izolator koji zadržava toplinu.

Treći faktor je reezervoar ili akvafer. Za pohranu i prijenos topline potrebne su porozne i propusne stijene – pješčanici, vapnenci, dolomiti ili bazalti – koje mogu čuvati dovoljno vode ili pare. Volumen rezervoara mora biti dovoljan da osigura trajnu i stabilnu proizvodnju.

Četvrti faktor je tzv. pokrovni sloj. To su nepropusne stijene, poput gline, škriljca, soli ili vulkanskih tufova, a koji djeluju kao pokrov što sprječava bijeg topline i fluida prema površini te zadržava resurs unutar rezervoara.

Peti faktor su tektonski sustavi i rasjedi. To su pukotine i rasjedi koji omogućuju kruženje podzemne vode te dovode toplinu bliže površini. U mnogim slučajevima upravo su rasjedi glavni razlog pojave termalnih izvora.

Plitka geotermalna energija – dizalice topline

Za razliku od dubokih geotermalnih polja, plitka geotermalna energija ne zahtijeva posebne geološke uvjete. Dovoljno je da je temperatura tla stabilna i stalna – u Hrvatskoj je to slučaj već na dubini od jednog do dva metra, gdje je temperatura od 10 do 14 °C. Zatim, dovoljna površina tla ili prostor za bušenje – horizontalni kolektori polažu se nekoliko metara ispod površine, a vertikalne sonde obično se buše do 50–150 metara. Potrebne su još i prikladne podzemne vode – u sustavu “voda–voda” bitno je da voda ima stabilnu razinu i prihvatljiv kemijski sastav.

Sustav “voda-voda”

U kontekstu geotermalne energije sustav znači voda–voda znači da je izvor topline je podzemna voda. Umjesto da se toplina uzima iz tla (cijevi zakopane u zemlji) ili iz zraka (kao kod klima uređaja), toplina se uzima iz bunara s podzemnom vodom.

Zimi se voda se pumpa iz bunara (temperatura iznosi oko 10–14 °C tijekom cijele godine). Voda prolazi kroz izmjenjivač topline u dizalici topline. Tu predaje toplinu rashladnom mediju pumpe. Ohlađena voda (npr. spuštena s 12 °C na 7 °C) vraća se natrag u zemlju kroz drugi bunar ili u isti sloj podzemne vode. Dizalica topline tada podiže temperaturu za grijanje kuće (npr. na 35–55 °C za radijatore ili podno grijanje). Ljeti se postupak može obrnuti: sustav preuzima toplinu iz kuće i predaje je podzemnoj vodi, pa se kuća hladi.

Sustav se zove “voda-voda” jer toplina prelazi iz podzemne vode (podzemne) u vodu sustava za grijanje. Dakle, obje strane izmjenjivača koriste vodu kao medij. Da bi bilo jasnije, istaknimo i druge sustave. Na primjer u sustavu “tlo-voda”: toplina se uzima iz tla (cijevi u zemlji) i predaje vodi u sustavu grijanja. U sustavu “zrak-voda”: toplina se uzima iz zraka (kao klima) i predaje vodi u grijanju.

“Voda-voda” je najbolje rješenje kada postoji obilna podzemna voda stabilne temperature i dobrog kemijskog sastava (da ne ošteti cijevi). Prednost joj je vrlo visoka učinkovitost (bolja od tlo–voda i zrak–voda sustava), a ograničenje je da zahtijeva bunare i dozvole za crpljenje/vraćanje vode.

Plitka geotermija može se praktički koristiti bilo gdje jer toplina tla postoji svugdje. Razlike se očituju samo u učinkovitosti i cijeni instalacije, ovisno o lokalnim geološkim i hidrogeološkim uvjetima.

Ukratko, za duboka industrijska geotermalna polja potrebni su povišen toplinski gradijent, propusni rezervoar, zaštitni pokrov i tektonski sustavi koji omogućuju kruženje fluida. Za plitku geotermanlu dovoljna je stabilna temperatura tla i prostor za ugradnju sondi ili kolektora. Dok duboka geotermalna ovisi o specifično povoljnim geološkim uvjetima, plitka ostaje tehnologija gotovo univerzalne primjene.

U Hrvatskoj postoje značajni geotermalni izvori, posebno u Panonskoj nizini (Slavonija, Međimurje, Podravina), gdje se već koriste za toplice, grijanje staklenika i razvijaju se projekti za elektrane.

Karta geotermalnih potencijala Hrvatske