Khai thác năng lượng địa nhiệt của Trái Đất

Nguồn địa nhiệt cung cấp năng lượng ổn định và ít gây tổn hại đến môi trường hơn so với sử dụng nhiên liệu hóa thạch hay hạt nhân.

Mô hình hoạt động của nhà máy điện địa nhiệt. Ảnh: AFEST.

Theo Epoch Times, nguồn năng lượng địa nhiệt có thể ở nông dưới mặt đất (nơi có nhiệt độ ổn định từ 10 - 16 độ C), nước nóng và đá sâu hơn trong lòng đất, hoặc magma nóng chảy rất sâu bên dưới bề mặt Trái Đất.

Hình thức sử dụng năng lượng địa nhiệt khá đa dạng, chẳng hạn như dùng nước nóng dưới mặt đất để trực tiếp làm nóng các tòa nhà, nhà kính, nước sinh hoạt, hoặc bơm nước và hơi nước nóng ngầm làm quay tuabin phát điện.

National Geographic cho biết, nhà máy điện địa nhiệt áp dụng ba phương pháp chính để sản xuất điện: hơi khô (dry steam), hơi giãn áp (flash steam) và chu kỳ nhị phân (binary cycle). New Zealand, Indonesia, Philippines, Mỹ và Mexico hiện nay đều có nhà máy địa nhiệt thương mại.

Nhà máy điện hơi khô sử dụng khe nứt trong lòng đất, dẫn trực tiếp hơi nước nhiệt độ cao (hơn 235 độ C) qua ống dẫn đến tuabin của máy phát điện. Nhà máy điện hơi giãn áp hút nước nóng dưới sâu, áp suất cao (hơn 182 độ C) chuyển đổi thành nước lạnh hơn, áp suất thấp. Quá trình này tạo ra hơi nước làm quay tuabin phát điện. 

Nhà máy điện chu kỳ nhị phân sử dụng nước nóng địa nhiệt có nhiệt độ trung bình từ 107 - 182 độ C. Nước nóng được dẫn qua hệ thống trao đổi nhiệt, làm bay hơi chất lỏng thứ cấp có nhiệt độ sôi thấp hơn nước rất nhiều (ví dụ như isobutane hoặc isopentane). Hơi của chất lỏng thứ cấp dùng để chạy máy phát điện. Hệ thống nhị phân là một chu trình tương đối kín nên hầu như không có khí thải nhà kính. Các chuyên gia địa nhiệt dự đoán đây sẽ là giải pháp kỹ thuật chủ đạo cho việc sản xuất điện địa nhiệt trong tương lai.

Nguồn địa nhiệt cung cấp năng lượng ổn định và gây ít tổn hại đến môi trường hơn so với sử dụng nhiên liệu hóa thạch hay hạt nhân. Những tác động đến môi trường của việc sử dụng năng lượng địa nhiệt không đáng kể và dễ dàng khắc phục nếu lập kế hoạch tốt.

Chất lỏng địa nhiệt có thể chứa khí và kim loại nặng, nhưng đa số hệ thống khai thác năng lượng địa nhiệt con người đang sử dụng sẽ đưa chúng trở lại dưới mặt đất. Các hoạt động khai thác cũng được bố trí để tránh pha trộn chất lỏng địa nhiệt với nước ngầm, đồng thời loại bỏ những tác động có hại đến cảnh quan tự nhiên ở gần đó, chẳng hạn như suối nước nóng. Một số nhà máy địa nhiệt tạo ra lượng nhỏ khí CO₂, nhưng hệ thống nhị phân hoàn toàn không phát thải khí nhà kính.

Một phương pháp gây nhiều tranh cãi đang được thử nghiệm để thu năng lượng địa nhiệt giống như kỹ thuật "fracking" giúp khai thác dầu mỏ và khí đốt. Nước được bơm xuống giếng địa nhiệt, tạo ra đủ áp lực phá vỡ đá, giải phóng nhiệt để sản xuất nước nóng, hơi nước làm quay tuabin của máy phát điện.

Các nhà khoa học cũng xem xét hiệu ứng đảo nhiệt đô thị như một nguồn năng lượng địa nhiệt. Khu vực đô thị có nhiệt độ ấm hơn khu vực nông thôn cả ở trên và dưới mặt đất, do ảnh hưởng của nhà cao tầng, tầng hầm, hệ thống dẫn nước và nước thải. Máy bơm địa nhiệt tại khu vực đô thị có thể cung cấp nhiệt cho các toà nhà trong mùa đông và làm mát chúng trong mùa hè.

Lê Hùng