We weten al langer dat we afscheid moeten nemen van fossiele brandstoffen. En dat nog liever vandaag dan morgen. Fossiele brandstoffen zorgen bij de verbranding namelijk voor CO2-uitstoot, waardoor ze bijdragen aan het versterkte broeikaseffect. Dit versterkte broeikaseffect brengt klimaatverandering teweeg. Bovendien is het ook nog eens zo dat we op een zeker moment door de voorraad fossiele brandstof heen zullen zijn. Kortom, het is dus nodig dat we op zoek gaan naar een alternatieve vorm van energie. Maar waar?
Het antwoord kan zich letter onder onze voeten bevinden. De warmte uit de ondergrond kan namelijk gebruikt worden als een duurzame vorm van energie. Deze vorm van energie heet aardwarmte. De wetenschappelijke benaming voor aardwarmte wordt geothermie genoemd. Maar hoe werkt dit dan? Waar komt die aardwarmte dan precies vandaan? Hoe winnen we die energie? En welke voor- en nadelen kleven er aan?
Hoe werkt aardwarmte?
Bij aardwarmte is er sprake van het omhoog pompen van warm water uit de diepe lagen van de aarde. Wanneer we 500 meter diep zitten, spreken we van aardwarmte of geothermie. Tot 100 meter spreken we namelijk van bodemwarmte, wat weer een andere duurzame energiebron is. Gaan we nóg dieper en bereiken we de 4000 meter diepte, dan wordt er gesproken van ultradiepe geothermie. Vanaf ongeveer 4000 meter diepte heeft het water dat omhoog gepompt wordt namelijk een nog hogere temperatuur dan tussen de 500 en 4000 meter diepte. Maar van deze diepe geothermie is in Nederland nog geen sprake. Voordat het zover is, zullen er voor deze diepe geothermie eerst nog enkele pilots plaats moeten vinden.
Wat zorgt voor dit warm water?
Nu vraag je je misschien af waarom het water diep onder de grond zo warm is. Dit komt voornamelijk door het verval van radioactieve elementen in de aardkorst. Deze radioactieve elementen zijn van nature al aanwezig. Maar natuurlijk speelt de hete kern van de aarde zelf ook een rol.
Hoe wordt aardwarmte gewonnen?
Bij winning van aardwarmte moet er dus op grote dieptes naar warm water geboord worden. Vervolgens kan het warme water omhoog gepompt worden. Daarna kunnen we de warmte uit het water gebruiken.
Het boren zelf vindt vooral plaats op plekken waar watervoerende aardlagen zijn. Het is belangrijk dat deze watervoerende aardlagen voldoende waterdoorlatend zijn en dat de lagen over de juiste dikte beschikken.
Voor het boren naar aardwarmte moet ongeveer 1,5 voetbalveld aan ruimte boven de grond gereserveerd worden. Wanneer de boorlocatie is afgebakend, worden er vervolgens twee putten geboord. Dit zijn namelijk de productieput en de injectieput. Via de productieput wordt het warme water uit de aarde omhoog gepompt. Vervolgens wordt via een warmtewisselaar warmte gewonnen. Daarna wordt het afgekoelde water via de injectieput teruggeleid de aarde in. De twee putten samen worden ook wel een doublet genoemd.
Zoals je al eerder hebt kunnen lezen, bepaald de diepte van het boren, de warmte die er gewonnen kan worden. Diepere aardlagen leveren over het algemeen gesproken namelijk hogere temperaturen op.
Omdat het bij geothermie nodig is om in de diepe ondergrond te boren, valt het onder de Mijnbouwwet. Er is dan ook een onafhankelijke organisatie met de naam Staatstoezicht op de Mijnen. Deze organisatie controleert, met het ook op mens en milieu, bij aardwarmteprojecten of deze veilig worden uitgevoerd.
Het gebruik van aardwarmte
De kosten van het vervoeren van de gewonnen warmte liggen tamelijk hoog. Vandaar dat het belangrijk is dat de gewonnen warmte ingezet kan worden in de buurt van de boorlocatie. Lukt dit niet, dan is aardwarmte eigenlijk niet rendabel. Om die reden is het belangrijk dat er voldoende woningen, kassen of bedrijven in de omgeving van de boorlocatie zitten waar de warmte aan geleverd kan worden.
Hoe dieper er geboord wordt, hoe hoger over het algemeen de gewonnen temperaturen liggen. Maar dieper boren is ook een stuk duurder. Wanneer aardwarmte ingezet wordt op het warmtenet voor woningen, bestaat er echter nog de mogelijkheid om een warmtepomp in te zetten. Dit kan noodzakelijk zijn wanneer de temperatuur van het opgepompte water nog te laag is voor het verwarmen van water in de huizen. Een warmtepomp kan deze temperatuur namelijk verhogen. Maar wanneer huizen goed geïsoleerd zijn, wordt het ook mogelijk om gebruik te maken van aardwarmte met lagere temperaturen.
Aardwarmte-installaties zijn over het algemeen het meest efficiënt wanneer ze een redelijk constante temperatuur leveren en wanneer ze continu draaien. Het is daarom vaak nodig om ook gebruik te maken van een piekketel. Deze piekketel kan namelijk extra warmte leveren wanneer er vraag naar is. Deze vraag kan bijvoorbeeld ontstaan tijdens een strenge winter. Bovendien is het zo dat een piekketel kan fungeren als back-up wanneer er onderhoud gepleegd wordt aan de aardwarmte-installatie.
Wat zijn de voordelen van aardwarmte?
Aardwarmte kent verschillende voordelen. Hieronder hebben we de drie voornaamste voordelen voor je op een rijtje gezet.
Voordeel 1: duurzaam alternatief voor fossiele brandstof
Bij aardwarmte is er geen sprake van verbranding. Er kan hierbij dus geen CO2 vrijkomen. Dit maakt aardwarmte dus een duurzaam alternatief voor fossiele brandstoffen. Wel is het zo dat voor het winnen van aardwarmte stroom nodig is. Wanneer hiervoor grijze stroom gebruikt wordt, leidt het winnen van aardwarmte dus wel tot de uitstoot van enige CO2. Bovendien komt er ook wel wat CO2 vrij tijdens het bouwen van aardwarmte-installaties. En ook wanneer er gebruik wordt gemaakt van een niet-duurzame piekketel, zoals eentje die werkt op aardgas, zal ook hier CO2 bij vrijkomen. Gelukkig kan dit allemaal verholpen worden door te kiezen voor groene stroom en duurzame alternatieven. Op deze manier wordt de uitstoot van CO2 toch beperkt.
Voordeel 2: weinig ruimte
Aardwarmte-installaties nemen relatief weinig ruimte in beslag. Boven de grond neemt de boorlocatie maar anderhalf voetbalveld in beslag. En wanneer er niet meer actief geboord wordt, is er slechts nog een half voetbalveld nodig voor de installatie. Op deze manier kan een aardwarmte-installatie gemakkelijk ingepast worden binnen een bepaalde omgeving.
Voordeel 3: betrouwbare energie
Aardwarmte is daarnaast ook nog eens een heel betrouwbare energiebron. Doordat de aardwarmte gewonnen wordt uit de diepere lagen van de aarde, wordt het niet beïnvloed door bijvoorbeeld het weer. Dit is vaak wel het geval bij andere duurzame energiebronnen, zoals zonne-energie of windenergie.
Wat zijn de nadelen van aardwarmte?
Ondanks de voordelen, zitten er ook enkele nadelen geboden aan aardwarmte.
- Na enkele tientallen jaren is het bijvoorbeeld zo dat er mogelijk een nieuwe put geboord moet worden. Dit komt doordat de temperatuur kan gaan dalen. Hoewel dit vaak op dezelfde boorlocatie kan, is deze nieuwe boring vaak duur.
- En als we kijken naar het algemene prijskaartje van een aardwarmte-installatie valt deze ook absoluut niet mee. Het bouwen van een dergelijke installatie kan namelijk tussen de 15 en 20 miljoen euro kosten. Bovendien zijn er ook kosten verbonden aan het aanleggen of aanpassen van warmtenetten. Daar komt nog eens bij dat pas na het boren er duidelijkheid kan worden gegeven over hoeveel warmte een bepaalde bron zal gaan opleveren. Dit maakt een aardwarmte-installatie dus een onzekere investering. Gelukkig is het wel zo dat er subsidies beschikbaar zijn vanuit de overheid.
- Een ander nadeel is dat aardwarmte een risico voor verontreinigd grondwater met zich meebrengt. Het opgepompte water bevat namelijk ontzettend veel zout. Het water stroomt door buizen omhoog en terug naar de bron. Maar wanneer deze buizen gaan lekken, kan dit terecht komen in het grondwater. Dit kan zorgen voor problemen met bijvoorbeeld het drinkwater. Wel is het zo dat er verschillende mogelijkheden zijn die de kans op een lekkage zo veel mogelijk beperken. Dit kan bijvoorbeeld door gebruik te maken van speciale dubbelwandige buizen, of door sensoren in te zetten die een lekkage snel kunnen opmerken. Bovendien is er een verbod op de winning van geothermie ingesteld op gebieden waar drinkwater gewonnen wordt. Op deze manier probeert men de drinkwatervoorraden toch zo goed als mogelijk te beschermen.
- Ook is het zo dat, net als bij andere boringen, de kans op aardbevingen toeneemt. Dit risico is nog een stukje groter op plekken waar breuklijnen in de aarde lopen of waar al sprake is van aardbevingen door gaswinning. In Nederland is dit verhoogde risico vooral van toepassing in gebieden in Groningen, het oosten van Brabant en in het noorden van Limburg. Vandaar dat er strikt toezicht gehouden wordt door het Staatstoezicht op de Mijnen op aardwarmte-projecten en plannen in Nederland. In het verleden zijn ook echt daadwerkelijk bepaalde aardwarmte projecten stilgelegd en plannen teruggestuurd omdat het risico op aardbevingen te hoog werd bevonden.
- Een laatste nadeel is dat bij het boren naar aardwarmte onbedoeld een gas- of olievoorraad aangeboord kan worden. Dit zou de kans op explosies vergroten. Gelukkig is de kans hierop in Nederland vrij klein aangezien de ondergrond van de gebieden, die bedoeld zijn om aardwarmte te winnen, goed in kaart gebracht zijn.
De toekomst van de Nederlandse geothermie
In Nederland gebruiken we aardwarmte al sinds 2007 als een duurzame energiebron. Dit doen we voornamelijk in kassen, aangezien hiervoor relatief lage temperaturen nodig zijn. Dit maakt dat we niet heel diep hoeven te boren.
Maar we hebben ons in de afgelopen jaren flink ontwikkeld. Het is dan ook één van de duurzame energiebronnen waar het ministerie van Economische Zaken en Klimaat flink op inzet als het gaat om de energietransitie. Tegenwoordig zijn er namelijk al enkele geothermie projecten die warmte leveren aan woningen en andere gebouwen.
En we zijn er nog niet. Hoewel er door de overheid geen concreet doel is gesteld wat betreft de grote van de rol van aardwarmte in de toekomt, wil de geothermiesectie uitgroeien naar 700 installaties in het jaar 2050. Deze installaties zullen onder andere gebruikt worden om kassen te verwarmen en om huishoudens van warmte te voorzien. En wanneer de uitkomsten van de pilotprojecten gunstig zijn, zou ook de diepe geothermie variant in de toekomst ingezet kunnen worden.