Kraft från elden under våra fötter: Är geotermisk energi svaret på världens energiproblem?

Människor har badat i varma källor sedan paleolitisk tid och redan de gamla romarna värmde upp sina hus med geotermisk värme. Jordskorpan innehåller mer energi än vi någonsin hinner förbruka – helt och hållet koldioxidneutralt. För bra för att vara sant?

Kraft från elden under våra fötter: Är geotermisk energi svaret på världens energiproblem?

32:36

Just nu letar mänskligheten med ljus och lykta, bokstavligen, efter framtidens energilösning. Vi måste fimpa det fossila. Inte minst det som Ryssland säljer. För ett par veckor sedan talade jag om vätgas här i Kvanthopp. Problemet med väte är att det måste utvinnas. Väte finns inte i fri form, det är bundet till syre i form av vatten. Eller så utvinns det ur naturgas. Och det är inte optimalt.

Jag säger inte att väte inte kommer att spela en viktig roll på framtidens energimarknad, men poängen är att – ja, tänk om vi hade en energikälla som kunde leverera färdig energi utan att man behöver omvandla någon råvara till någonting annat. Inga svåra och dyra processer. Bara plocka energin som ett äpple.

Nå, nu finns det ju en exakt sådan källa. Nej, inte sol och vind, jag menar, solen går ned till kvällen och vinden mojnar. Jag talar om geotermisk energi. Hettan under våra fötter. Vi står ju bokstavligen på ett hav av flytande eld, tusentals kilometer djupt. Varför tar vi inte vara på den energin?

Hur realistisk är den geotermiska energin som en lösning på framtidens energifrågor? Det ska vi titta närmare på i veckans avsnitt av Kvanthopp.

Knappt mer än ett ytskrap

Det är ju egentligen ganska chockerande hur grund vår livssfär här på jorden är. Jag menar den del av jordskorpan som vi egentligen utnyttjar. Matjorden som vi odlar är bara några tiotals centimeter djup. Livets skikt här på jorden är på riktigt otroligt tunt.

Visst, vi har gruvor som sträcker sig rätt så djupt ned. Världens djupaste gruva just nu finns i Sydafrika, en guldgruva sydväst om Johannesburg. Den har ett maximalt djup på snäppet under fyra kilometer.

Men också det är knappt mer än ett ytskrap i det stora hela. Jordskorpan är mellan fem och sjuttio kilometer tjock. Tunnast är den under vissa delar av oceanernas botten och tjockast är den – ja, vi här i Norden bor faktiskt på en av de tjockaste och mest bastanta delarna av jordskorpan, om man inte räknar med vissa av de högsta bergskedjorna. Där är jordskorpan extra tjock.

Men om vi nu säger 60 kilometer. Så tjock är den under delar av Finland. 60 kilometer, det motsvarar ungefär sträckan från Esbo här där jag bor, till Ingå där vi har vår sommarstuga. Så med åttio kilometer i timmen skulle det ta mig en 45 minuter eller så att köra ned genom hela jordskorpan till – ja, vad kommer sedan?

Nå sedan kommer ju manteln, förstås. Manteln är omkring 3 000 kilometer tjock, och består huvudsakligen av silikatmineral som pyroxen och olivin, rika på järn och magnesium. Manteln är till stora delar i fast form, men på geologiska tidsskalor beter den sig som en trögflytande vätska, med en konsistens som hos knäck ungefär. Rörelserna i det här plastiska materialet är vad som får den så kallade plattektoniken att rulla på. Jordskorpans “flak” flyter alltså på det övre lagret av manteln.

Och man behöver alltså inte gå djupt ned i manteln innan det blir riktigt infernaliskt hett. Strax under själva jordskorpan är det redan omkring 900 grader Celsius. Och hettan bara stiger an efter som man går djupare. Nere i mantelns nedersta delar är det redan närmare två tusen grader Celsius.

Efter manteln kommer vi till jordens kärna. Den består av en yttre och en inre del. Den yttre delen är drygt 2 000 kilometer tjock och består till största delen av järn och nickel i smält form. Jordens magnetfält uppstår just här, till följd av det elektriskt ledande, strömmande materialet i den flytande yttre kärnan.

Och det är hett så det räcker och blir över i den yttre kärnan. Man behöver inte gå värst långt ned under manteln innan temperaturen stiger till bortåt fyra tusen °C.

Hetare än solens yta

Till slut har vi den inre kärnan, omkring 1200 kilometer i diameter. Den antas ha en fast form – trycket där nere är så stort att atomerna inte kommer åt att röra på sig värst mycket. Temperaturen i den inre kärnan antas ligga på drygt 6 000 °C. Det är hetare än på själva solens yta.

Vår kunskap om jordens uppbyggnad så långt ned är ju såklart begränsad – det finns inga direkta observationer av vår hemplanets hjärta. Den kunskap som vi har bygger till största delen på olika geofysiska mätningar, framför allt seismiska sådana. Vi har också lärt oss ett och annat från bergartsfragment från manteln som har kommit upp till ytan via vulkanutbrott eller andra processer.

Och framför allt så har ingen rest till jordens medelpunkt, vad Jules Verne än säger. Våra djupaste gruvor sträcker sig som sagt bara några få kilometer ner i jordskorpan, och det beror uttryckligen på att det blir väldigt varmt väldigt fort an efter som man borrar sig nedåt. I den redan nämnda guldgruvan i Sydafrika, världens djupaste gruva, är det cirka 65 grader varmt nere på fyra kilometers djup. Lite som en svensk bastu, men svettigt värre om man är gruvarbetare.

I vilket fall som helst så finns det värme-energi i massor och mängder att häva ur nere i underjorden. Jordens totala värmeinnehåll har beräknats till cirka tio kvintiljoner joule. Det är en etta följd av trettioen nollor. Inser du hur många ägg man kunde steka med all den energin? Jag har räknat ut det. Man skulle kunna steka – en hel massa ägg med all den energin. Nä, sorry, jag har inte räknat ut det. Men du kan göra det om du har tid. Tio kvintiljoner joule, utgå från det.

En amerikansk studie nämner hur som helst att det finns energi nog i jordskorpans tio översta kilometer för att förse oss med all energi vi behöver för de kommande 217 miljonerna åren.

Och all den här värme-energin har funnits där nere i flera miljarder år, och kommer att finnas kvar där i flera miljarder år till. Det känns absolut ingenstans om vi snor lite energi där nerifrån. Jorden är som en enorm termosflaska som svävar i rymden, som alla kan dricka sitt lystmäte ur.

Vi behöver ju dessutom inte gräva oss ned till manteln eller till kärnan för att kunna ta tillvara lite av all den här härliga energin. Värmen från underjorden stiger ju uppåt, den heta manteln värmer upp jordskorpan också. På sina ställen läcker den ju till och med igenom jordskorpan, där som det förekommer vulkanism. Den här värmen är vad vi kallar geotermisk energi.

Island visar vägen

Så varför har vi alltså inte tagit vara på den här gratisenergin? Åtminstone inte mera än vi gör just nu, vilket är ganska lokalt och småskaligt.

Ett sådant lokalt tillvaratagande står ju islänningarna för, och de gör det desto mer helhjärtat. Annars skulle det ju vara tämligen jobbigt för dem att existera överhuvudtaget där ute på sin vindpinade ö mitt i norra Atlanten, bara 250 kilometer från norra polcirkeln. Island får stor hjälp av att ha värmen från underjorden bokstavligen ända upp, strax under islänningarnas skosulor. De får ju en stor del av all sin elektricitet och värmen för sina hem just från geotermiska källor. 95% av Reykjaviks hus värms upp med geotermisk värme.

Orsaken till Islands tunna jordskorpa som gör den geotermiska energin sällsynt lättillgänglig är att ön ligger mitt på gränsen mellan den Nordamerikanska och den Eurasiska kontinentalplattan. De två plattorna kolliderar inte där som Island ligger, de dras isär från varandra. Island spricker bokstavligen mitt itu. Mitt i den sprickan ligger bland annat Þingvellir, eller Tingvalla, platsen där islänningarna höll sitt första riksmöte, Alltinget.

På de flesta ställen på jorden stiger temperaturen med ungefär 25 grader Celsius för varje kilometer som du borrar dig ned i jorden. Världens djupaste borrhål, Kola Superdeep Borehole på Kolahalvön är 12 262 meter djupt. Planen var att borra femton kilometer ned, men det hela föll på att borren inte skulle ha pallat för den temperatur på 300 grader som visade sig råda där nere.

Men det var alltså på Kolahalvön. På Island behöver du däremot bara borra dig en kilometer ned för att termometern ska visa 200 grader Celsius.

Att islänningarna har den underjordiska hettan så här nära sina skosulor har ju sina sidor. Å ena sidan betyder det att risken för ett farligt vulkanutbrott är ganska stor, men å andra sidan har de som sagt tillgång till så mycket gratis energi som de någonsin kan behöva. Island har sju geotermiska kraftverk som producerar el med hjälp av den underjordiska hettan.

Sättet som de gör det på följer samma grundprincip som för vilket kraftverk som helst: en ångturbin driver runt en generator som mal elström. Och att hetta upp vattnet till ånga som får turbinen att snurra kräver alltså inget brännande av fossila bränslen, eller klyvande av uranatomer. Hettan som förångar vattnet kommer direkt från underjorden.

Och så här gör islänningarna alltså. Man borrar två parallella hål i marken till ungefär tre kilometers djup. Kallt vatten pumpas ned i det ena hålet. Där nere hettas vattnet upp och stiger upp ur det andra hålet i form av ånga. Den i sin tur driver en turbin. Den här turbinen kan sedan mala ström oavbrutet, dag och natt, oberoende av väderförhållanden. Och allt det här utan några koldioxidutsläpp att tala om.

Gratis energi åt industrin

All den här gratisenergin har gjort det möjligt för Island att anlägga stora smältverk för aluminium, något som kräver stora mängder energi. Som i de flesta andra länder kommer från fossila bränslen i en eller annan form. Islänningarna får energin till det här gratis, så de tjänar storkovan på det hela. Aluminiumindustrin står just nu för nästan fyrtio procent av Islands BNP. Island har på kuppen blivit ett av Europas rikaste länder.

Ångan från de geotermiska källorna leds också genom ett landsomspännande rörnät till städerna där den värmer upp islänningarnas hem och övriga fastigheter. Och den värmer upp stora växthus så att Island kan producera en massa grönsaker som annars inte skulle ha en chans att växa på en så ogästvänlig och kall ö.

Faktum är att Island har så mycket överlopps hett vatten att de har råd att värma upp diverse pölar och “blåa laguner” där turisterna kan skvalpa omkring, till och med mitt under kallaste vintern. Mot en furstligt tilltagen inträdesavgift såklart.

Så det låter ju inte illa alls, det där. Kan inte vi också göra lika? Njaa, synd nog så har ju resten av världen det inte riktigt lika väl förspänt när det gäller värme från underjorden. Geotermiska kraftverk finns i 70 olika länder. Rangordnade enligt produktion är de: USA, Indonesien, Filippinerna, Turkiet, Nya Zeeland Mexiko, Kenya, Italien och Japan. Världens totala geotermiska elproduktion är just nu drygt 14 GW eller cirka en procent av världens totala energiproduktion.

Utöver det här kommer sedan ytterligare 28 GW i form av fjärrvärme, byggnadsuppvärmning, spaanläggningar, industriprocesser, avsaltning av havsvatten och jordbruk.

Världens största producent av geotermisk energi är som sagt USA, som har en årlig produktion på omkring 2,5 GW. USA är också hem för världens största enskilda geotermiska kraftverk, Geysers Geothermal Complex, 121 km norr om San Francisco i Kalifornien. Det består av aderton separata kraftverk som levererar en sammanlagd kraft på 1,2 GW.

Det har beräknats att USA sitter på en mängd potentiell geotermisk energi som i teorin skulle räcka till för att täcka landets hela energibehov under de kommande två tusen åren, utgående från dagens konsumtionsnivå. Om man skulle utnyttja den till max. Vilket man uppenbarligen inte gör.

Geotermiskt växer långsamt

Den geotermiska energin växer just nu med omkring tre procent om året på global nivå, vilket inte är ens nära på den takt som skulle krävas för att uppfylla de förväntningar som ställs på sektorn i Förenta nationernas hållbarhets- och klimatmål. För att klara det målet borde geotermisk energi växa med omkring tio procent per år fram till 2030, enligt beräkningar från internationella energiorganet IEA.

De regioner där den geotermiska energin växer snabbast just nu ligger så gott som alla i regioner där kontinentalplattorna ligger och skaver mot varandra, eller vid någon vulkanisk hetfläck. Men just det faktum att en så stor del av världen ligger någon annanstans än i sådana här vulkaniskt aktiva zoner, gör att den geotermiska energin har svårt att växa fort nog för att uppfylla de högt uppskruvade förväntningarna.

Och det är här som den riktigt stora utmaningen ligger. Hur ska resten av världen få sin del av den geotermiska kakan? Har vi här i Norden alls någon chans med tanke på hur bastant vår jordskorpa är? Jag menar, det är liksom inget sammanträffande att vi inte heller har några gejsrar eller några vulkaner här. Nå, å andra sidan betyder ju det att vi samtidigt har en sak mindre att oroa oss för.

Tja, faktum är att vi ju har haft ett pilotprojekt på gång sedan 2014 här i Finland, i Otnäs i Esbo, under energiföretaget St1:s ledning. Ett projekt som har drabbats av många förseningar under årens lopp. Också Fortum var med på ett hörn där, men de meddelade nyligen att de drar sig ur projektet. Fortums uppfattning är att de 6,4 km djupa värmebrunnarna som har borrats i Esbo inte går att utnyttja till kommersiellt gångbar fjärrvärmeproduktion. Ursprungligen var tanken att producera 40 megawatt energi med hjälp av Otnäshålet, som just nu bara är ett dyrt hål i marken utan någon klar plan för hur och när det ska leverera någon energi.

Och här kommer vi till utmaningen som man stöter på när man ska börja utvinna geotermisk energi i regioner där värmen sitter djupare ned. Det går att göra, men man får gå en omväg. Istället för att köra med ånga direkt ur marken använder man sig av en så kallad binär lösning.

I en sådan modell borrar man sig ned till en existerande vattentäkt som ligger så djupt att temperaturen är kring 100 grader Celsius eller högre. I praktiken snackar vi då om drygt tre kilometer nedåt, i genomsnitt, i icke-vulkaniska områden. Finland har väldigt tjock berggrund, så här krävs det alltså djupare hål.

Värmepump kramar energin ur vattnet

Hur som helst, i den binära lösningen borrar man två hål. Från det ena pumpar man upp varmt vatten. Värmen från det vattnet tas tillvara med en värmepump, i stil med de där luftvärmepumparna som allt fler värmer sina hus med. Fast med vatten istället för luft, då. Kylmedlet i den värmepumpen driver sedan en turbin som får en generator att snurra. Tadaa: elström. Det kalla vattnet pumpas sedan tillbaka ned i marken efter att det har levererat sin värme.

Den här metoden gör alltså det möjligt att utnyttja geotermisk energi långt från vulkaniska områden och förkastningslinjer. Alla värmepumpar och andra prylar som krävs gör hur som helst den binära tekniken till en dyrare metod än den direkta ångan som till exempel islänningarna kör med. Men sådant är livet, smakar det så kostar det.

St1:s hål i Otnäs är faktiskt snäppet mer avancerat än den vanliga binära tekniken. Det representerar en metod kallad Enhanced Geothermal System (EGS), det vill säga ett förstärkt geotermiskt system. På ren engelska är det här i princip samma som den kontroversiella tekniken kallad fracking. En teknik som man främst har kommit att associera med oljeborrning.

EGS, fracking eller hydraulisk spräckning går ut på att man pumpar ned kallt vatten i det ena hålet med högt tryck, vilket får berggrunden där nere att “leva” en aning. Man talar om inducerad seismicitet, eller att “stimulera” berggrunden. Tanken är alltså att man vill utvidga existerande sprickor och skapa nya underjordiska reservoarer. Allt för att få vattnet att strömma bättre genom berget där det värms upp innan det stiger upp genom det andra hålet.

Problemet är då bara det att man på riktigt orsakar jordskalv på det här viset. Jo, det här har också hänt med St1:s hål i Otnäs. Hittills har den största inducerade jordbävningen där mätt 1,9 på Richterskalan. Den inträffade den 8 juli 2018. De största seismiska incidenterna har observerats runt omkring i huvudstadsregionen, i form av åskliknande ljud eller smällar. Vissa av jordbävningarna har känts av ända borta på Brändö.

2006 utlöstes utlöstes en jordbävning i Basel i Schweiz med magnituden 3,4 i Basel då vatten injicerades i marken under högt tryck för ett geotermiskt energiprojekt. En annan jordbävning med en magnitud på 3,5 utlöstes nära St. Gallen 2013.

Tveksamt med lönsamheten

Risken för att utlösa stora och förödande jordbävningar är ändå väldigt nära noll i områden som Finland där berggrunden är så tjock och stabil. Men i de områden av världen som ligger närmare diverse förkastningslinjer och andra seismiskt instabila zoner kan det här bli ett problem om man tar i för mycket när man “stimulerar” berggrunden. Så det här är definitivt något att ta i beaktande.

En annan sak som bromsar tillväxten inom den geotermiska energin är att det helt enkelt är väldigt dyrt att borra flera kilometer djupa hål i berget. Inte minst när man inte har några garantier för att man faktiskt får det man vill ha ur det hålet. Inte minst St1:s experiment i Otnäs har visat att geotermisk energi kanske inte hör till de mest lockande investeringarna för den som väntar sig en snabb utdelning.

Där är kanske sol och vind trots allt säkrare kort, och framför allt billigare. Framför allt med tanke på att priset på solpaneler hela tiden kommer ned i pris.

Summa summarum: hettan under våra fötter kommer helt säkert att bidra med viktiga bitar till världens energipussel i framtiden. Framför allt med fokus på de regioner där den energin är lättare åtkomlig. Vi kommer säkert också att se fler geotermiska kraftverk i mindre uppenbara delar av världen.

Men någon magisk lösning på alla problem, eller ett ymnighetshorn som ger oss all energi vi någonsin kan vilja ha, det blir den geotermiska kraften knappast. Också om det finns hetta där nere under våra fötter, tillräckligt för att steka ägg tills den sista stjärnan slocknar, femtiofem fantastiljoner år i framtiden.