الطاقة الحرارية الأرضية لديها إمكانات هائلة لتوليد طاقة نظيفة – بما في ذلك من آبار النفط والغاز المستخدمة

مع ارتفاع استخدام الطاقة ودفء الكوكب ، ربما تكون قد حلمت بمصدر للطاقة يعمل على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع ، أو المطر أو أشعة الشمس ، وتشغيل المنازل ، والصناعات ، وحتى المدن بأكملها دون الصعود والهبوط من الطاقة الشمسية أو الرياح – مع القليل من المساهمة في تغير المناخ.

اجتذب وعد التقنيات الهندسية الجديدة للطاقة الحرارية الأرضية-الحرارة من الأرض نفسها-ارتفاع مستويات الاستثمار إلى هذا مصدر الطاقة الموثوق به المنخفض الانبعاثات والذي يمكن أن يوفر الكهرباء المستمرة في أي مكان تقريبًا على هذا الكوكب. يتضمن ذلك طرقًا لتسخير الطاقة الحرارية الأرضية من آبار النفط والغاز المهجورة. في الربع الأول من عام 2025 ، اجتذبت المنشآت الحرارية الأرضية في أمريكا الشمالية 1.7 مليار دولار أمريكي من التمويل العام – مقارنة بمليارات دولار طوال عام 2024 ، والتي كانت في حد ذاتها زيادة كبيرة عن السنوات السابقة ، وفقًا لتحليل الصناعة من شركة Wood Mackenzie الاستشارية.

بصفتي عالمًا للجيوفيزياء والمهندس الجيوفيزيائي ، درست موارد موارد الأنظمة الحرارية الأرضية والمقايضات التشغيلية مباشرة. من الاستثمار والتقدم التكنولوجي الذي أراه ، أعتقد أن الطاقة الحرارية الأرضية تستعد لتصبح مساهماً مهمًا في مزيج الطاقة في الولايات المتحدة وحول العالم ، خاصة عند دمجها مع مصادر متجددة أخرى.

وجد تقييم في مايو 2025 الذي أجراه المسح الجيولوجي الأمريكي أن المصادر الحرارية الأرضية في الحوض العظيم فقط ، وهي منطقة تشمل نيفادا وأجزاء من الدول المجاورة ، لديها القدرة على تلبية ما يصل إلى 10 ٪ من الطلب على الكهرباء للأمة بأكملها – وحتى أكثر كتكنولوجيا لتسخير تطورات الطاقة الحرارية الأرضية. وتقدر وكالة الطاقة الدولية أنه بحلول عام 2050 ، يمكن أن توفر الطاقة الحرارية الأرضية ما يصل إلى 15 ٪ من احتياجات الكهرباء في العالم.

لماذا الطاقة الحرارية الأرضية فريدة من نوعها

تقوم الطاقة الحرارية الأرضية بحرارة تحت سطح الأرض لتوليد الكهرباء أو توفير التدفئة المباشرة. على عكس الطاقة الشمسية أو الرياح ، لا تتوقف أبدًا. إنه يعمل على مدار الساعة ، ويوفر طاقة متسقة وموثوقة مع أنظمة مياه مغلقة الحلقة وبعض الانبعاثات.

الطاقة الحرارية الأرضية قادرة على توفير كميات كبيرة من الطاقة. على سبيل المثال ، يقال إن مشروع محطة كيب في فورفو إنيرجي في ولاية يوتا على الطريق الصحيح لتقديم 100 ميجاوات من الطاقة الحرارية الأرضية الخالية من الكربون بحلول عام 2026. هذا أقل من كمية الطاقة الناتجة عن متوسط ​​مصنع الفحم في الولايات المتحدة ، ولكن أكثر من متوسط ​​مصنع الغاز الطبيعي الذي ينتج.

لكن المشروع ، الذي يكلف 1.1 مليار دولار ، لم يكتمل. عند الانتهاء في عام 2028 ، من المتوقع أن تقدم المحطة 500 ميجاوات من الكهرباء. هذا المبلغ 100 ميجاوات أكثر من هدفه الأصلي دون حفر إضافي ، وذلك بفضل التحسينات التقنية المختلفة منذ أن اندلع المشروع.

والطاقة الحرارية الأرضية أصبحت منافسة اقتصاديا. بحلول عام 2035 ، وفقًا للوكالة الدولية للطاقة ، قد يعني التقدم التقني الطاقة من أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية المحسّنة التي قد تكلف أقل من 50 دولارًا لكل ميجاوات في الساعة ، وهو سعر تنافسي مع مصادر أخرى قابلة للتجديد.

أنواع الطاقة الحرارية الأرضية

هناك عدة طرق للحصول على الطاقة من أعماق الأرض.

الأنظمة الحرارية المائية الاستفادة من الماء الساخن تحت الأرض والبخار لتوليد الكهرباء. تتركز هذه الموارد في المناطق النشطة الجيولوجية حيث تتزامن الحرارة والماء والصخور القابلة للنفاذ بشكل طبيعي. في الولايات المتحدة ، هذه عمومًا كاليفورنيا ونيفادا ويوتا. على الصعيد الدولي ، معظم الطاقة الحرارية المائية في أيسلندا والفلبين.

تعمل بعض المرافق الحرارية المائية ، مثل Larderello في إيطاليا ، لأكثر من قرن ، مما يثبت صلاحية التكنولوجيا على المدى الطويل. آخرون في نيوزيلندا والولايات المتحدة كانوا يركضون منذ أواخر الخمسينيات وأوائل الستينيات.

أنظمة الحرارية الأرضية المحسنة بفعالية عمليات توليد الطاقة المائية التي تولد الكهرباء بشكل فعال تقريبًا في أي مكان على هذا الكوكب. في الأماكن التي لا يوجد فيها كمية كافية من الماء في الأرض أو حيث تكون الصخرة كثيفة للغاية لتحريك الحرارة بشكل طبيعي ، حفر هذه المنشآت ثقوبًا عميقة وحقن السوائل في الصخور الساخنة ، مما يخلق كسور جديدة وفتح الكسور الموجودة ، مثل التكسير الهيدروليكي لإنتاج الزيت والغاز.

نظام مثل هذا يستخدم أكثر من بئر واحد. في أحدهما ، يضخ الماء البارد لأسفل ، والذي يجمع الحرارة من الصخور ثم يتم ضخه مرة أخرى من خلال بئر أخرى ، حيث تدفع الحرارة التوربينات. في السنوات الأخيرة ، أدت البحوث الأكاديمية والشركات إلى تحسين سرعة الحفر بشكل كبير وخفض التكاليف.

مضخات حرارة مصدر الأرض لا تتطلب ثقوب الحفر عميقة ، ولكن بدلاً من ذلك ، تستفيد من حقيقة أن درجة حرارة الأرض مستقرة نسبيًا أسفل السطح ، حتى 6 أو 8 أقدام فقط (من 1.8 إلى 2.4 متر) – وأكثر سخونة في أقل مئات الأقدام.

هذه الأنظمة لا تولد الكهرباء بل تدور السوائل في الأنابيب تحت الأرض ، وتبادل الحرارة مع التربة ، واستخراج الدفء من الأرض في فصل الشتاء ونقل الدفء إلى الأرض في الصيف. هذه الأنظمة متشابهة ولكنها أكثر كفاءة من مضخات حرارة المصدر الهوائية ، والتي تسمى أحيانًا minisplits ، والتي أصبحت واسعة الانتشار في جميع أنحاء الولايات المتحدة للتدفئة والتبريد. يمكن أن تخدم أنظمة مضخة الحرارة الحرارية الأرضية المنازل الفردية والمباني التجارية وحتى التطورات في الأحياء أو الأعمال.

تطبيقات الاستخدام المباشر كما لا تولد الكهرباء بل تستخدم الحرارة الحرارية الأرضية مباشرة. المزارعين تسخين الدفيئات والمحاصيل الجافة. مرافق الاستزراع المائي تحافظ على درجات حرارة المياه المثلى ؛ تستخدم العمليات الصناعية الحرارة لتجفيف الطعام أو علاج الخرسانة أو غيرها من العمليات المكثفة للطاقة. في جميع أنحاء العالم ، توفر هذه التطبيقات الآن أكثر من 100000 ميجاوات من السعة الحرارية. بعض السوائل الحرارية الأرضية تحتوي على معادن قيمة. يمكن أن توفر تركيزات الليثيوم في المياه الجوفية في منطقة بحر سالتون في كاليفورنيا مصنعي البطاريات. يقوم القضاة الفيدراليون بمراجعة اقتراح للقيام بذلك ، وكذلك التحديات القانونية لذلك.

يجد الباحثون طرقًا جديدة لاستخدام الموارد الحرارية الأرضية أيضًا. يستخدم البعض التكوينات الصخرية تحت الأرض لتخزين الطاقة كحرارة عندما يكون الطلب على المستهلك منخفضًا واستخدامه لإنتاج الكهرباء عند ارتفاع الطلب.

يمكن لبعض محطات الطاقة الحرارية الأرضية ضبط إنتاجها لتلبية الطلب ، بدلاً من التشغيل بشكل مستمر بأقصى قدرة.

مصادر الطاقة الحرارية الأرضية تجعل مشاريع الطاقة المتجددة الأخرى أكثر فعالية. يزيد إقران الطاقة الحرارية الأرضية مع موارد الطاقة الشمسية والرياح وتخزين البطارية من موثوقية الطاقة المتجددة فوق الأرض في تكساس ، من بين أماكن أخرى.

والطاقة الحرارية الأرضية يمكن أن تعمل على تشغيل إنتاج الهيدروجين نظيفًا بالإضافة إلى الجهود التي تبذلها الطاقة المكثفة في الطاقة لإزالة ثاني أكسيد الكربون فعليًا من الغلاف الجوي ، كما يحدث في أيسلندا.

الإمكانات الحرارية الأرضية في الولايات المتحدة والعالم

حاليًا ، تمتلك الولايات المتحدة حوالي 3.9 جيجاوات من القدرة الحرارية الأرضية المثبتة ، ومعظمها في الغرب. هذا هو حوالي 0.4 ٪ من إنتاج الطاقة في الولايات المتحدة الحالية ، ولكن كمية الطاقة المتاحة أكبر بكثير ، وفقا لتقييمات الهندسة الفيدرالية والدولية.

يمكن أن يؤدي تحويل آبار النفط والغاز المهجورة للأنظمة الحرارية الأرضية المحسنة إلى زيادة كمية الطاقة المتاحة بشكل كبير وانتشارها الجغرافي.

مثال واحد يحدث في مقاطعة بيفر ، في الجزء الجنوبي الغربي من ولاية يوتا. بمجرد أن تستضيف مجتمع ريفي تكافح ، يستضيف الآن مصانع الطاقة الحرارية الأرضية المتعددة التي يتم تطويرها لإظهار الإمكانات وتزويد العملاء بالعملاء في أماكن بعيدة مثل كاليفورنيا.

تشمل هذه المشاريع إعادة تشكيل آبار الزيت الخامل أو الغاز ، وهو أمر واضح نسبيًا: يحدد المهندسون الآبار التي تصل إلى تكوينات صخرية عميقة وساخنة وتداول الماء أو سائل آخر في حلقة مغلقة لالتقاط الحرارة لتوليد الكهرباء أو توفير التدفئة المباشرة. لا تتطلب هذه الطريقة حفر آبار جديدة ، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف الإعداد والتعطيل البيئي ويسرع النشر.

هناك ما يصل إلى 4 ملايين آبار من النفط والغاز المهجورة في جميع أنحاء الولايات المتحدة ، والتي يمكن أن تتحول بعضها من بنية تحتية للوقود الأحفوري إلى فرص للطاقة النظيفة.

التحديات والمقايضات

الطاقة الحرارية الأرضية لا تخلو من العقبات التقنية والبيئية والاقتصادية.

الحفر باهظ الثمن ، والأنظمة التقليدية تحتاج إلى ظروف جيولوجية محددة. الأنظمة المحسنة ، باستخدام التكسير الهيدروليكي ، والمخاطر التي تسبب الزلازل.

الانبعاثات الإجمالية منخفضة من الأنظمة الحرارية الأرضية ، على الرغم من أن الأنظمة يمكن أن تطلق كبريتيد الهيدروجين ، وهو غاز تآكل سام للبشر ويمكن أن يسهم في تهيج الجهاز التنفسي. لكن النباتات الحرارية الأرضية الحديثة تستخدم أنظمة الحد التي يمكنها التقاط ما يصل إلى 99.9 ٪ من كبريتيد الهيدروجين قبل أن يدخل الجو.

والأنظمة تستخدم المياه ، على الرغم من أن أنظمة الحلقة المغلقة يمكن أن تقلل من الاستهلاك.

يتطلب بناء محطات الطاقة الحرارية الأرضية استثمارًا كبيرًا ، لكن قدرتها على توفير الطاقة على المدى الطويل يمكن أن تعوض العديد من هذه التكاليف. تظهر مشاريع مثل تلك التي قامت بها Fervo Energy أن الإعانات الحكومية لم تعد ضرورية لمشروع ما يتم تمويله وبناءه وبدء توليد الطاقة.

على الرغم من تحدياتها ، فإن موثوقية الطاقة الحرارية الأرضية ، وانبعاثات منخفضة وقابلية التوسع تجعلها مكملاً حيوياً للطاقة الشمسية والرياح-وحجر حجر الأساس لمستقبل مستقر منخفض الكربون.

يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة ، وهي مؤسسة إخبارية مستقلة غير ربحية تجلب لك الحقائق والتحليلات الجديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتبه: مونس ألاموتي ، جامعة نورث داكوتا

اقرأ المزيد:

لا تعمل Moones Alamooti مع الأسهم أو استشارةها أو تلقيها من أي شركة أو مؤسسة ستستفيد من هذه المقالة ، ولم تكشف عن أي انتماءات ذات صلة تتجاوز تعيينها الأكاديمي.