Pasauliniams energijos poreikiams Žemės šilumos užtektų bent milijardui metų Mokslo populiarinimo konkursas

Kodėl Lietuvoje beveik nekalbame apie Vakarų Lietuvoje esančią geoterminę anomaliją, beveik neribotus geoterminius išteklius ir Lietuvos galimybę tapti nepriklausoma nuo energijos importo? Yra žinoma, kiek natūraliai atsirandančios šilumos yra Žemės gelmėse – o dabar didžioji jos dalis staiga yra pasiekiama šiuolaikinėmis gręžimo technologijomis. Manoma, kad Žemėje yra pakankamai šilumos žmonių energijos poreikiams tenkinti maždaug milijardui metų – arba kol Saulė taps supernova: priklauso nuo to, kas įvyks anksčiau. Pakalbėkime apie perspektyvas.

„Geotermija“ iš graikų kalbos išvertus reiškia „Žemės šiluma“, kuri, kaip manoma, Žemės šerdyje siekia 4500-5500°C – beveik tiek pat, kaip ir Saulės paviršiuje. Geoterminė energija yra švarus, atsinaujinantis šilumos šaltinis, kurį, pasinaudojusi technologijomis, gali naudoti bene kiekviena pasaulio šalis. Geoterminė energija yra panaudojama iš požeminių rezervuarų, kuriuose yra karštos uolienos, prisotintos vandens ir/arba garų. Šią šiluminę energiją galima rasti nuo negilios žemės iki kelių kilometrų žemiau Žemės paviršiaus – ir dar toliau iki ypač karštos išlydytos uolienos, vadinamos magma.

Šiluma iš Žemės gelmių į paviršių daugiausia perduodama laidumu, ir dėl šio laidaus šilumos srauto temperatūra pakyla didėjant plutos gyliui – vidutiniškai po 25-30°C per kilometrą. Kai kuriose vietovėse šilumos srautai yra daug didesni – dėl gilių magminių intruzijų ar aktyvių tektoninių veiksnių. Pavyzdžiui, tektoniškai aktyviose zonose, kur vyksta dažni žemės drebėjimai ar ugnikalnių išsiveržimai, galima pamatyti verdantį vandenį ir garus net žemės paviršiuje, kaip kad Islandijoje ar Jeloustono nacionaliniame parke JAV, kur matyti reguliariai išsiveržiantys geizeriai ir karštosios versmės.

Tačiau ir stabiliose storose kontinentinėse tektoninėse plokštėse žemės pluta gali įšilti smarkiau dėl intruzijų – ką matome Vakarų Lietuvoje, kuri pasižymi geotermine anomalija

Čia anomalija susidariusi dėl granito intruzijų, kuriose yra daug elementų su šilumą gaminančiais radioaktyviaisiais izotopais (K, Th, U) (Šliaupa ir kt., 2008). Radioterminiai granitai generuoja šilumą radioaktyviai skaidant uraną ir torį. Vakarų Lietuvos geoterminės anomalijos dalyje geoterminis gradientas siekia per 35-40°C/km, o šilumos srauto intensyvumas – 100 mW/m² (Šliaupa ir kt., 2010). Čia išsidėstę stambesni miestai – tokie kaip Klaipėda, Palanga, Kretinga, Plungė, Gargždai, Nida, Šilutė ir Šilalė – yra pagrindiniai potencialūs geoterminės energijos išteklių vartotojai Lietuvoje.

Anomalus Vakarų Lietuvos geoterminis laukas šiame regione leistų panaudoti 75-90°C temperatūros kambro vandeningų sluoksnių ir 100-145°C temperatūros kristalinio pamato, slūgsančio 2,5–>4,5 km gylyje, šilumą elektros energijos gamybai (Šliaupa ir kt., 2008). Vien tik kambro sluoksnio geoterminės energijos ištekliai didesni kaip 5.1×109 GJ. Šliaupa ir kt. ( 2008) mano, kad viena pora gręžinių vidutiniškai gali duoti 5 MW galingumą ir tarnauti bent 10-20 metų.

Geoterminis vanduo gali būti naudojamas įvairioms tiesioginio šilumos naudojimo rūšims – pavyzdžiui, patalpų šildymui, pasėlių ir medienos džiovinimui, maisto ruošimui, žuvų auginimui, pramoniniams procesams, baseinams ir SPA vonioms. Įrengiant vamzdžius po keliais ir šaligatviais, geoterminis karštas vanduo žiemą taip pat gali tirpdyti ir sniegą. Geoterminio šilumos siurblio sistema gali išnaudoti pastovią viršutinio 1-200 metrų žemės paviršiaus temperatūrą namų šildymui žiemą, tuo pačiu išgaunant šilumą iš pastato ir perduodant ją atgal į palyginus vėsesnę žemę vasarą, taip vėsinant patalpas. Geoterminė energija taip pat gali teikti ir iškastinio kuro alternatyvą elektros energijos gamybai. Geoterminė energija buvo naudojama tiesioginiam šildymui nuo senų senovės – ankstyviausia gamykla, gaminanti elektrą iš geoterminės energijos, buvo instaliuota Lardarello mieste Italijoje, kur 250 kWe galios geoterminė jėgainė pradėjo veikti 1913-aisiais metais.

Yra trys geoterminių jėgainių tipai: sausų garų, blykstinės ir dvinarės. Sausas garas, seniausia geoterminė technologija, pašalina garą iš žemės plyšių bei porų, ir juo tiesiogiai varo turbiną. Blykstinės jėgainės ištraukia gilų, aukšto slėgio karštą vandenį į vėsesnį, žemo slėgio vandenį. Šio proceso metu susidarę garai naudojami turbinai varyti. Dvinarėse jėgainėse pro karštą vandenį praleidžiamas antrinis skystis, kurio virimo temperatūra yra daug žemesnė nei vandens. Dėl to antrinis skystis virsta garais, kurie varo turbiną. Į rezervuarus paprastai gręžiami dviejų ar daugiau kilometrų gylio gręžiniai. Panaudotas ir atvėsęs vanduo vėliau įleidžiamas atgal į rezervuarą, taip palaikant pastovų slėgį.

Geoterminė anomalija Lietuvoje turi daug neištirtų žaliosios energijos galimybių. Čia veikė tik viena geoterminė jėgainė, bet net ir ši dabar yra apleista. Klaipėdos geoterminė demonstracinė jėgainė „Geoterma“ buvo apskritai pirmoji geoterminio šildymo jėgainė Baltijos jūros regione. Jėgainė naudojo 38°C vandenį iš gręžinio, siekiančio devono smiltainio vandeningąjį sluoksnį 1135 m gylyje.

Jėgainės veiklos metu vamzdžiai bei smiltainio poros ir plyšiai užsikimšo gipso kristalais, nuo ko gerokai sumažėjo vandens gavybos rodikliai. „Geoterma“ patyrė finansinių sunkumų ir 2007 m. patyrė bankrotą. LR Vyriausybėje buvo svarstomas klausimas dėl šios jėgainės, nemažai buvo diskutuota dėl galimybių ją palikti kaip mokslinę laboratoriją, tačiau šiai dienai „Geoterma“ yra apleista. Valstybė yra paskelbusi konkursą ir „Geoterma“ yra parduodama (privatizuojama), todėl tolimesnės perspektyvos priklausys nuo privataus investuotojo tolimesnių vystymo planų.

Nors „Geoterma“ ir būtų puiki mokslinė laboratorija bei galima būtų atgaivinti jos tiekiamo šilto vandens panaudojimą, tačiau per 20 metų technologijos patobulėjo – tad galima būtų gręžti jau daug gilesnius gręžinius ir pasiekti daug aukštesnės temperatūros telkinius: geologiškai palankiose vietovėse reikia atlikti tyrimus, kad būtų galima parengti petrogeoterminės energijos įsisavinimo šildymui ir kartu elektros gamybai projektus.

Nors gilioji geotermija ir apleista, Lietuvoje yra nemažai mineralinio vandens SPA centrų, kuriuose naudojamas 10-15°C geoterminis mineralinis vanduo. Pavyzdžiui, „Žybininkų“ SPA centre, įsteigtame 2015 m., vanduo išgaunamas iš seniau veikiančio naftos žvalgymo gręžinio. Jis naudoja 60 g/l druskingumo žemutinio devono mineralinį vandenį iš 1 km gylio (Šliaupa ir kt., 2008).

Klaipėdoje taip pat krevetėms auginti buvo sukurta ir recirkuliuojanti jūrų akvakultūros sistema. Aštuonių rezervuarų 40 m³ sistema yra skirta užauginti iki 400 kg baltakojų krevečių.

Lyginant su kitais atsinaujinančiais šaltiniais – tokiais kaip vėjo energija ir biokuru, geoterminė energija išsiskiria stabilumu, patikimumu ir dideliais ištekliais, kurių yra Vakarų Lietuvoje. Šių išteklių gavybai reikalingas labai mažas žemės plotas – palyginus su Saulės jėgainėmis, kurioms reikalingi milžiniški plotai. Šios energijos rūšies gavybai nesvarbios klimatinės sąlygos – šilumos ir energijos gavyba gali vykti nenutrūkstamai visą parą.

Geoterminė energija gali sėkmingai konkuruoti su įprastais energijos šaltiniais. Pavyzdžiui, „Geotermia Podhalańska“ patenkina 40 proc. šilumos poreikio Zakopanėje (Lenkijoje). Bendrovė Podhalėje aptarnauja 900 namų. Šiuo metu „Geotermia Podhalańska“ turi didelius plėtros planus Naujajame Targe, kur bus gręžiamas giliausias geoterminis gręžinys Lenkijoje – jo gylis sieks 7000 m.

Ekspertai tikisi, kad vandens temperatūra kolektoriuje šulinio dugne viršys 120°C. Naujo gręžinio šiluma skirta ne tik šildyti namus, bet ir gaminti elektrą, kad būtų patenkinti šio geoterminio centro poreikiai. Valstybė gręžinį finansuoja 100 proc., nes tai taip pat padės nustatyti šalies geologinę struktūrą ir tolesnius tyrimus šia kryptimi.

Dėl geoterminio tinklo plėtros Zakopanėje pastaraisiais metais taip pat labai sumažėjo išmetamų teršalų kiekis – ir gerokai pagerėjo oro kokybė. „Zakopanė, kuri 2016 m. vis dar buvo tarp 50 labiausiai užteršto oro zonų Europoje, bet 2018 m. jau nebebuvo įtraukta į sąrašą, kurį paskelbė Pasaulio sveikatos organizacija“, – sakė Nacionalinio fondo Aplinkos apsaugai ir vandentvarkai prezidentas Piotras Wozny (Biznes interia).

Šiandien Lietuvoje didžiausias dėmesys skiriamas vėjo jėgainėms, biokurui ir sekliajai geotermijai – tačiau giliosios geotermijos perspektyvos kol kas nėra aiškios. Vystyti giliosios geotermijos projektus reikalingi investuotojai, kurie būtų suinteresuoti vystyti šią atsinaujinančių išteklių rūšį. Lieka tikėtis, kad nauji Klaipėdos geoterminės jėgainės savininkai bus suinteresuoti vykdyti tolimesnę mokslinę ir praktinę vystymo eigą – bei atsiras naujų projektų, vystančių giliosios geotermijos potencialo tyrimus ir gavybą.

Pagaliau galime pakeisti nusistovėjusį stereotipą, esą Lietuva turi ribotus vietinius energijos išteklius ir yra priklausoma nuo jų importo. Turime apsčiai perspektyvų, ir svarbiausia – šios nebepasibaigtų, kaip nafta ar anglis.