Warmwaterbronne, spuitbronne en geotermiese energie
Warmwaterbronne, spuitbronne en die benutting van geotermiese energie
uit die vurige dieptes...
Ver onderkant die vaste grond onder ons voete is die aardbol 'n siedende oond aan die binnekant. Maar selfs die stabiele buitenste "skilletjie", die aardkors, is plek-plek vuurwarm en ongedurig. Ons sien dit aan al die rustelose vulkaniese woelinge op ons planeet, maar ook aan die stomende watersuile wat op party plekke dramaties uit die grond bars. En hier en daar word iets van daardie magtige onderaardse energie deur die mens vir verhitting en die opwekking van elektrisiteit gebruik. Maar eintlik het ons nog skaars begin om hierdie enorme energiebron te tem…
Foto van spuitbron: Universiteit van Utah
BO: Die Nesjavellir- geotermiese installasie in Ysland. Hier word hitte van diep onder uit die aarde in krag omgeskakel.
Foto: Gretar Ivarsson, wat dit in die Wikipedia-ensiklopedie op die wêreldwye web tot openbare besit ("in the public domain") verklaar het
Y kuier by mense in Ysland, mense met wie jy oor die internet kennis gemaak het. Jy bevind jou pens en pootjies anderkant die ysige Noordpoolsirkel, waar jy kon verwag het om die hele tyd klappertandend rond te loop van die koue. Tog is al die vertrekke heerlik warm in die huis waarin jy tog te gul onthaal word.
Maar, só vertel jou gasheer en gasvrou, die kamers word nie verhit deur elektrisiteit of steenkool, soos ons gewoond is om in die wintermaande met ons huise te doen nie. Nee, byna al die geboue in Reykjavik, die hoofstad van Ysland, en sowat die helfte van die huise in die res van die land, word verhit deur water wat regstreeks uit die grond daarheen gepomp word.
Ook hul elektrisiteit kom saam met die warm water uit die grond.
Warm water uit die grond? Jy is darem nie té verbaas om daarvan te hoor nie. Jy weet immers van die warmwaterbronne in ons eie Suid-Afrika, soos by Goudini en Caledon in die Wes-Kaap, Aliwal-Noord aan die Oranjerivier en natuurlik Limpopo se Bela-Bela, wat "borrel-borrel" in Sesotho beteken en vroeër juis Warmbad genoem is vanweë die stomende waters wat daar uit die aarde se ingewande biggel.
Tog word warm grondwater nog nêrens in ons land werklik gebruik om aan mense se energiebehoeftes te help voldoen soos in Ysland nie. Dit is doodgewoon plaaslik glad nie prakties of lonend nie. Dit is egter heeltemal anders in sekere ander plekke op die aardbol, soos ook in Toskane, Italië, waar die hitte van 'n warm kol onder in die aardkors reeds sedert 1904 gebruik word om elektrisiteit op te wek.
Ondergrondse warmte word ook in Boedapest, Hongarye, en in 'n Paryse voorstad in Frankryk vir verhitting aangewend, asook vir kragopwekking op verskeie ander plekke soos byvoorbeeld in Suid- en Noord-Amerika en die Karibiese Eilande. Die wêreld se grootste kompleks vir dié soort kragopwekking is in die VSA by The Geysers in Noord-Kalifornië. Amerika het nie verniet meer as duisend warmwaterbronne nie.
Hierdie soort energie wat van die natuurlike hitte binne-in ons planeet verkry word, word geotermiese energie genoem. Hitte word in die aarde se kors en bo-mantel opgewek, veral weens die verval van die radioaktiewe elemente wat daarin voorkom. Hierdie geotermiese energie word deur geleiding en konveksie na die aardoppervlak oorgedra, aangehelp deur die beweging van magma (gesmelte gesteentes) en diepliggende waterlope. Die woelinge in die aarde se binnekant raak op die oppervlak waarneembaar in dinge soos waterwaterbronne, spuitbronne en rookgate.
Installasies vir die benutting van geotermiese energie word in die reël dan ook opgerig op plekke wat aktiewe vulkaanaktiwiteit ondervind of wat naby vulkaniese gebiede lê. Hier boor ingenieurs diep in die gesteentes in waar warm water en stoom vasgevang is en lei dié regstreeks na turbines om elektrisiteit op te wek of na toestelle vir direkte verhitting.
Geotermiese energie is baie gewild by bewaringsbewuste mense omdat dit nie as so besoedelend beskou word as baie ander kragbronne, soos byvoorbeeld steenkool, nie. Die nadeel van water uit die dieptes—dit kan dikwels gevaarlike stowwe soos byvoorbeeld kwik bevat—kan te bowe gekom word deur dit bloot weer terug te lei na die ondergrondse reservoir waaruit dit gekom het. Ongelukkig is daar betreklik min plekke op aarde waar geotermiese energie werklik ekonomies benut kan word. Wêreldwyd is daar vandag darem sowat 150 geotermiese kraginstallasies.
Maar dan het die mens nog skaars begin om die enorme energiebron diep onder sy voete te tem. Weliswaar het ingenieurs reeds die moontlikhede begin ondersoek om geotermiese krag kunsmatig te bekom. Twee pype word diep in warm gesteentes ingeboor, waarna koue water in die een pyp ingepomp word sodat dit ondergronds verhit kan word. Namate die water deur die barste in die gesteentes syfer, word stoom gevorm, wat deur die ander pyp boontoe ontsnap waar dit gebruik word om elektrisiteit op te wek.
Dit lyk egter of ons 'n baie lang tyd sal moet wag voordat ons in Suid-Afrika selfs nog sal kan droom van so 'n mensgemaakte "put" waaruit ons na hartelus die krag uit die aarde se binneste sal kan onttrek.
BO: Warmwaterbronne en spuitbronne word gevorm waar ondergrondse water met warm vulkaniese gesteentes in aanraking kom.
Die stomende waters onder die aarde…
MAAR presies waar kom die warm water wat plek-plek onder die aarde voorkom dan vandaan? Raar maar waar, dit is doodgewone reënwater wat in die grond ingesak en baie diep ondertoe verhit geraak het. Verreweg die grootste deel van die water wat as reën op die aarde val, loop af in die vorm van spruite en riviere of verdamp weer in die lug. Tog is daar altyd ook 'n deel van die water wat deur die waterdeurlaatbare lae van die aardkors in die grond wegsak.
As dié water daarna 'n keerbank in die aardkors bereik, kan dit natuurlik nie verder wegsak nie. Partymaal gaar die water bokant sulke ondeurlaatbare lae in ondergrondse damme op, maar meestal vloei of syfer dit sywaarts weg oor die keerbank, om uiteindelik weer êrens die oppervlak te bereik in die vorm van 'n fontein waar suiwer drinkwater uitborrel.
By die meeste fonteine is die water koud wanneer dit onder die grond uitkom, maar sommige fonteine lewer warm water. Dit is gewoonlik bronne waarvan die water baie diep weggesak het voordat dit weer die oppervlak bereik. Dit kan maklik gebeur as die ondergrondse keerbanke krake of splete het waardeur die water diep in die aardkors kan wegsyfer voordat dit deur ander krake na die oppervlak teruggedruk word vanweë die druk van nuwe water wat met dieselfde roete die aardkors binnedring.
Dit is bekend dat die temperatuur in die aardkors styg hoe laer 'n mens daar­in afdaal—gemiddeld 1°C per 33 m. Die warm water van warmwaterbronne is dus water wat oor warm rotslae, baie diep onder die oppervlak, ge­spoel het. Omdat die water die aardkors so diep binne­dring en bowendien verhit word, kan talle minerale daarin oplos, waaraan sekere mense ook helende eienskappe toeskryf wanneer dit op die oppervlak uitborrel.
'N ANDER soort warmbron kom in vulkaniese streke voor, waar water en stoom met groot krag uit die aarde spuit. Die beroemde spuitbronne van Ysland, Nieu-Seeland en die VSA is sulke soort warmbronne, trouens, feitlik al die aarde se bekende spuitbronne kom in hierdie drie lande voor.
Die hoogte van 'n watersuil wat 'n spuitbron met gereelde tussenposes of sporadies kan uitspuit, kan van sowat een meter tot omtrent honderd meter wissel. Die hoeveelheid uitgewerpte water kan ook enigiets van slegs 'n paar liter tot honderdduisende liter wees. Die wêreld se beroemdste spuitbron is Old Faithful in Amerika se Yellowstone National Park, wat al om die 37 tot 93 minute met 'n watersuil van tienduisende liters en 'n hoogte van tussen 38 and 52 meter uitbars.
BO: Old Faithful in Yellowstone, die beroemdste spuitbron op aarde.
Foto: Jon Sullivan (tot openbare besit verklaar / "released into the public domain")
In 'n warmwaterbron wat nie spuit nie, het die water 'n min of meer konstante temperatuur. Die hitte word net so vinnig verloor as wat die water deur die warm gesteentes verhit word. Daar is dus 'n gelykmatige proses van verhitting en afkoeling.
Maar by 'n spuitbron is daar 'n wanbalans tussen koelwording en verwarming. In só 'n geval vloei of syfer water tot in 'n lang groef baie meters onder die grond in en vul dit geleidelik. Die water op die bodem van hierdie reservoir word deur die warm onderaardse gesteentes verhit, maar die drukking van die oorliggende watermassa verhinder dat dit kook. Water kook normaalweg by 100°C , maar as dit aan hoë druk onderwerp word, is aansienlik hoër temperature nodig voordat die kookpunt bereik word.
Die gesteentes hou egter aan om die dieper water te verhit totdat die temperatuur so hoog is dat dit skielik in stoom omgesit word. Stoom is minder dig as water, met die gevolg dat dit vinnig uitsit en die water bokant dit opwaarts dwing en party daarvan bokant die grond laat uitvloei.
Nou is die drukking van die oorliggende water verlig, wat selfs meer van die dieper water in stoom laat uitsit en meer water bokant die grondoppervlak uitspuug. Whoesj—wat 'n skouspel! Nog 'n wonder van die lewende aarde ontvou voor ons oë…