पृथ्वीच्या उष्णतेचा वापर: जगभरातील भूगर्भीय ऊर्जा अनुप्रयोगांची ओळख

भूगर्भीय ऊर्जा, जी पृथ्वीच्या अंतर्गत उष्णतेपासून मिळवली जाते, ती नवीकरणीय ऊर्जेचा एक महत्त्वाचा आणि दिवसेंदिवस अधिक महत्त्वाचा होत जाणारा स्रोत आहे. सौर किंवा पवन ऊर्जेच्या विपरीत, भूगर्भीय संसाधने तुलनेने स्थिर आणि २४/७ उपलब्ध असतात, ज्यामुळे एक विश्वसनीय बेसलोड ऊर्जा पर्याय मिळतो. हा ब्लॉग पोस्ट जगभरातील भूगर्भीय ऊर्जेच्या विविध अनुप्रयोगांचा शोध घेतो, आणि अधिक शाश्वत ऊर्जा भविष्यात योगदान देण्याच्या तिच्या क्षमतेवर प्रकाश टाकतो.

भूगर्भीय ऊर्जा म्हणजे काय?

भूगर्भीय ऊर्जा म्हणजे पृथ्वीच्या आत असलेली उष्णता. ही उष्णता ग्रहाच्या निर्मितीपासून आणि पृथ्वीच्या गाभ्यामधील किरणोत्सर्गी क्षयामुळे उत्पन्न होते. पृथ्वीचा गाभा (अंदाजे ५,२००°C) आणि पृष्ठभाग यांच्यातील तापमानाच्या फरकामुळे उष्णतेचा प्रवाह सतत बाहेरच्या दिशेने वाहत असतो. ही उष्णता प्रचंड असली तरी, ती नेहमी सहज उपलब्ध नसते. काही विशिष्ट क्षेत्रांमध्ये, भूगर्भीय परिस्थितीमुळे भूगर्भीय संसाधने पृष्ठभागाच्या जवळ केंद्रित होतात, ज्यामुळे ती आर्थिकदृष्ट्या शोषणासाठी व्यवहार्य ठरतात. ही क्षेत्रे अनेकदा ज्वालामुखी क्रिया, टेक्टोनिक प्लेट सीमा आणि हायड्रोथर्मल प्रणालींशी संबंधित असतात.

भूगर्भीय संसाधनांचे प्रकार

भूगर्भीय संसाधने तापमान आणि उपलब्धतेनुसार भिन्न असतात, ज्यामुळे त्यांचा वापर करण्यासाठी वापरल्या जाणार्‍या तंत्रज्ञानाचा निर्णय घेतला जातो. प्राथमिक प्रकारांमध्ये हे समाविष्ट आहे:

• उच्च-तापमान संसाधने: सामान्यतः ज्वालामुखी सक्रिय असलेल्या भागात आढळणारी, ही संसाधने (१५०°C पेक्षा जास्त) वीज निर्मितीसाठी आदर्श आहेत.
• मध्यम-तापमान संसाधने: ही संसाधने (७०°C आणि १५०°C दरम्यान) बायनरी सायकल पॉवर प्लांट वापरून वीज निर्मितीसाठी किंवा जिल्हा हीटिंग आणि औद्योगिक प्रक्रियेसारख्या थेट वापरासाठी वापरली जाऊ शकतात.
• कमी-तापमान संसाधने: ७०°C पेक्षा कमी तापमानाची संसाधने इमारतींना गरम आणि थंड करण्यासाठी भूगर्भीय हीट पंप, मत्स्यपालन आणि ग्रीनहाऊस हीटिंग यासारख्या थेट वापरासाठी सर्वात योग्य आहेत.
• वर्धित भूगर्भीय प्रणाली (EGS): EGS मध्ये गरम, कोरड्या खडकांमध्ये कृत्रिम भूगर्भीय जलाशय तयार करणे समाविष्ट आहे, ज्यासाठी खडक फोडण्यासाठी आणि उष्णता काढण्यासाठी पाणी इंजेक्ट केले जाते. या तंत्रज्ञानामुळे भूगर्भीय ऊर्जेची उपलब्धता लक्षणीयरीत्या वाढवण्याची क्षमता आहे.

भूगर्भीय ऊर्जेचे अनुप्रयोग

भूगर्भीय ऊर्जा अनेक प्रकारचे अनुप्रयोग देते, जे वीज निर्मिती आणि थेट वापर हीटिंग आणि कूलिंग या दोन्हींमध्ये योगदान देतात.

१. वीज निर्मिती

भूगर्भीय ऊर्जा प्रकल्प भूगर्भातील जलाशयांमधून वाफ किंवा गरम पाण्याचा वापर करून जनरेटरला जोडलेले टर्बाइन चालवतात, ज्यामुळे वीज निर्माण होते. भूगर्भीय ऊर्जा प्रकल्पांचे तीन मुख्य प्रकार आहेत:

• ड्राय स्टीम प्लांट: हे प्लांट थेट भूगर्भीय जलाशयांमधून मिळणाऱ्या वाफेचा वापर टर्बाइन फिरवण्यासाठी करतात. हा भूगर्भीय ऊर्जा प्रकल्पाचा सर्वात सोपा आणि किफायतशीर प्रकार आहे. उदाहरण: द गेझर्स, कॅलिफोर्निया, यूएसए.
• फ्लॅश स्टीम प्लांट: उच्च-दाबाचे गरम पाणी एका टाकीमध्ये वाफेत रूपांतरित केले जाते, आणि नंतर त्या वाफेचा वापर टर्बाइन फिरवण्यासाठी केला जातो. हा भूगर्भीय ऊर्जा प्रकल्पाचा सर्वात सामान्य प्रकार आहे. उदाहरण: आइसलँड आणि न्यूझीलंडमधील अनेक भूगर्भीय प्रकल्प.
• बायनरी सायकल प्लांट: भूगर्भीय जलाशयातील गरम पाण्याचा वापर कमी उत्कलन बिंदू असलेल्या दुसऱ्या द्रवाला गरम करण्यासाठी केला जातो. त्यानंतर बाष्पीभवन झालेले दुसरे द्रव टर्बाइन चालवते. बायनरी सायकल प्लांट फ्लॅश स्टीम प्लांटपेक्षा कमी तापमानाच्या भूगर्भीय संसाधनांचा वापर करू शकतात. उदाहरण: पश्चिम युनायटेड स्टेट्स आणि तुर्कीमधील अनेक भूगर्भीय प्रकल्प.

जागतिक उदाहरणे:

• आइसलँड: भूगर्भीय ऊर्जेतील एक जागतिक नेता, आइसलँड आपल्या विजेच्या सुमारे २५% आणि सुमारे ९०% घरांना भूगर्भीय संसाधने वापरून गरम करतो. नेसजावेलिर भूगर्भीय ऊर्जा प्रकल्प हे संयुक्त उष्णता आणि वीज (CHP) प्रकल्पाचे उत्तम उदाहरण आहे.
• फिलिपिन्स: फिलिपिन्स जगातील सर्वोच्च भूगर्भीय ऊर्जा उत्पादकांपैकी एक आहे, जो आपल्या ज्वालामुखी क्रियाशीलतेचा वापर करून विजेचा महत्त्वपूर्ण भाग निर्माण करतो.
• इंडोनेशिया: पॅसिफिक रिंग ऑफ फायरवर असलेल्या स्थानामुळे इंडोनेशियामध्ये प्रचंड भूगर्भीय क्षमता आहे. जीवाश्म इंधनावरील अवलंबित्व कमी करण्यासाठी सरकार भूगर्भीय विकासाला सक्रियपणे प्रोत्साहन देत आहे.
• केनिया: केनिया आफ्रिकेतील भूगर्भीय ऊर्जा विकासामध्ये अग्रेसर आहे, ज्यामध्ये ओल्कारिया भूगर्भीय ऊर्जा प्रकल्पासारखे महत्त्वपूर्ण प्रकल्प आहेत.
• युनायटेड स्टेट्स: युनायटेड स्टेट्समध्ये लक्षणीय भूगर्भीय क्षमता आहे, जी प्रामुख्याने पश्चिम राज्यांमध्ये आहे. कॅलिफोर्नियामधील द गेझर्स भूगर्भीय क्षेत्र हे जगातील सर्वात मोठे भूगर्भीय वीज उत्पादन संकुल आहे.
• न्यूझीलंड: न्यूझीलंड आपल्या भूगर्भीय संसाधनांचा वापर करून आपल्या विजेचा महत्त्वपूर्ण भाग निर्माण करतो, ज्यामध्ये वैराकेई भूगर्भीय ऊर्जा केंद्रासारखे प्रकल्प महत्त्वाची भूमिका बजावतात.

२. थेट वापराचे अनुप्रयोग

भूगर्भीय ऊर्जेचा थेट वापर हीटिंग आणि कूलिंगसाठी देखील केला जाऊ शकतो, विजेमध्ये रूपांतर न करता. हे अनुप्रयोग अनेकदा वीज निर्मितीपेक्षा अधिक ऊर्जा-कार्यक्षम आणि किफायतशीर असतात, विशेषतः जेव्हा ते भूगर्भीय संसाधनांजवळ स्थित असतात.

• जिल्हा हीटिंग: भूगर्भीय पाणी थेट इमारतींमध्ये हीटिंगसाठी पाइपद्वारे पोहोचवले जाते. आइसलँड, फ्रान्स आणि इतर देशांमध्ये जेथे भूगर्भीय संसाधने उपलब्ध आहेत, तेथे ही एक सामान्य प्रथा आहे. उदाहरण: पॅरिस, फ्रान्समध्ये मोठ्या प्रमाणावर भूगर्भीय जिल्हा हीटिंग प्रणाली आहे.
• भूगर्भीय हीट पंप (GHPs): GHPs इमारतींना हीटिंग आणि कूलिंग प्रदान करण्यासाठी पृष्ठभागापासून काही मीटर खाली असलेल्या पृथ्वीच्या स्थिर तापमानाचा वापर करतात. ते अत्यंत ऊर्जा-कार्यक्षम आहेत आणि जगात जवळजवळ कुठेही वापरले जाऊ शकतात. GHPs जगभरातील निवासी आणि व्यावसायिक इमारतींसाठी अधिकाधिक लोकप्रिय होत आहेत.
• कृषी अनुप्रयोग: भूगर्भीय ऊर्जेचा वापर ग्रीनहाऊस गरम करण्यासाठी, पिके वाळवण्यासाठी आणि मत्स्यपालन तलावांना गरम करण्यासाठी केला जाऊ शकतो. यामुळे पिकांचे उत्पादन वाढू शकते आणि वाढीचा हंगाम वाढू शकतो. उदाहरण: आइसलँडमधील भूगर्भीय ग्रीनहाऊसमध्ये विविध प्रकारची फळे आणि भाज्या उगवण्यासाठी वापरली जातात.
• औद्योगिक अनुप्रयोग: भूगर्भीय ऊर्जेचा वापर अन्न प्रक्रिया, लगदा आणि कागद उत्पादन आणि खनिज काढणे यासारख्या विविध औद्योगिक प्रक्रियांमध्ये केला जाऊ शकतो.
• स्पा आणि मनोरंजक उपयोग: भूगर्भीय गरम पाण्याचे झरे शतकानुशतके स्नान आणि आरामासाठी वापरले जात आहेत. अनेक देशांमध्ये भरभराटीचे भूगर्भीय पर्यटन उद्योग आहेत. उदाहरण: जपान आणि आइसलँडमधील असंख्य गरम पाण्याच्या झऱ्यांचे रिसॉर्ट्स.

जागतिक उदाहरणे:

• क्लामथ फॉल्स, ओरेगॉन, यूएसए: येथे एक जिल्हा हीटिंग प्रणाली आहे जी इमारती आणि व्यवसायांना गरम करण्यासाठी भूगर्भीय ऊर्जेचा वापर करते.
• मेल्कशॅम, यूके: नवीन गृहनिर्माण प्रकल्पांमध्ये ग्राउंड सोर्स हीट पंपचा वाढता अवलंब.
• केनियाचा नैवाशा तलाव प्रदेश: फलोत्पादनासाठी भूगर्भीय ऊर्जेचा वापर करतो, ज्यात फुलांच्या उत्पादनासाठी ग्रीनहाऊस गरम करणे समाविष्ट आहे.

३. वर्धित भूगर्भीय प्रणाली (EGS)

EGS तंत्रज्ञानाचे उद्दिष्ट अशा भागात भूगर्भीय क्षमता अनलॉक करणे आहे जेथे गरम, कोरडे खडक आहेत परंतु नैसर्गिक हायड्रोथर्मल अभिसरणासाठी पुरेशी पारगम्यता नाही. EGS मध्ये फ्रॅक्चर तयार करण्यासाठी आणि पारगम्यता वाढवण्यासाठी पृष्ठभागाखाली पाणी इंजेक्ट करणे समाविष्ट आहे, ज्यामुळे उष्णता काढता येते. या तंत्रज्ञानामुळे जागतिक स्तरावर भूगर्भीय संसाधनांची उपलब्धता लक्षणीयरीत्या वाढवण्याची क्षमता आहे.

आव्हाने आणि संधी:

• तांत्रिक आव्हाने: EGS प्रकल्पांना फ्रॅक्चर तयार करणे आणि देखरेख करणे, पाण्याचा प्रवाह नियंत्रित करणे आणि प्रेरित भूकंपीयता व्यवस्थापित करणे यासारख्या तांत्रिक आव्हानांना सामोरे जावे लागते.
• आर्थिक आव्हाने: ड्रिलिंग आणि हायड्रॉलिक फ्रॅक्चरिंगच्या गरजेमुळे EGS प्रकल्प पारंपरिक भूगर्भीय प्रकल्पांपेक्षा सामान्यतः अधिक महाग असतात.
• संभाव्य फायदे: EGS पूर्वी भूगर्भीय विकासासाठी अयोग्य मानल्या जाणार्‍या भागात प्रचंड भूगर्भीय संसाधनांपर्यंत पोहोचण्याची क्षमता देते.

४. भूगर्भीय हीट पंप (GHP) – व्यापक अवलंब आणि जागतिक वाढ

भूगर्भीय हीट पंप (GHPs), ज्यांना ग्राउंड-सोर्स हीट पंप म्हणूनही ओळखले जाते, ते पृष्ठभागाच्या काही फूट खाली पृथ्वीच्या तुलनेने स्थिर तापमानाचा फायदा घेतात. ही तापमान स्थिरता हिवाळ्यात एक विश्वसनीय उष्णता स्रोत आणि उन्हाळ्यात एक हीट सिंक प्रदान करते, ज्यामुळे GHPs हीटिंग आणि कूलिंग दोन्हीसाठी अत्यंत कार्यक्षम बनतात. GHP चा कार्यक्षमता गुणांक (COP) पारंपरिक हीटिंग आणि कूलिंग प्रणालींपेक्षा लक्षणीयरीत्या जास्त असतो, ज्यामुळे ऊर्जेचा वापर कमी होतो आणि कार्बन उत्सर्जन कमी होते.

GHP प्रणालीचे प्रकार:

• बंद-लूप प्रणाली: उष्णता-हस्तांतरण द्रवाने (पाणी किंवा अँटीफ्रीझ) भरलेल्या पुरलेल्या पाईप्सच्या सतत लूपचा वापर करते. द्रव आणि जमीन यांच्यात उष्णतेची देवाणघेवाण होते.
• ओपन-लूप प्रणाली: भूजलाचा उष्णता-हस्तांतरण द्रव म्हणून वापर करते. विहिरीतून पाणी पंप केले जाते, हीट पंपमधून फिरवले जाते आणि नंतर पुन्हा जमिनीत सोडले जाते किंवा इतर कारणांसाठी वापरले जाते.

जागतिक अवलंबन ट्रेंड:

• उत्तर अमेरिका: युनायटेड स्टेट्स आणि कॅनडामध्ये, विशेषतः निवासी आणि व्यावसायिक इमारतींमध्ये GHPs चा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो. सरकारी प्रोत्साहन आणि युटिलिटी रिबेट्सने त्यांच्या अवलंबासाठी योगदान दिले आहे.
• युरोप: युरोपमध्ये ऊर्जा कार्यक्षमता मानके आणि नवीकरणीय ऊर्जा लक्ष्यांमुळे GHP चा वापर वेगाने वाढत आहे. स्वीडन, स्वित्झर्लंड आणि जर्मनीसारखे देश आघाडीवर आहेत.
• आशिया-पॅसिफिक: चीन, दक्षिण कोरिया आणि जपानसारख्या देशांमध्ये वायू प्रदूषण आणि ऊर्जा सुरक्षेच्या चिंतेमुळे GHP चा अवलंब वाढत आहे.

भूगर्भीय ऊर्जेचे पर्यावरणीय फायदे

भूगर्भीय ऊर्जा एक स्वच्छ आणि शाश्वत ऊर्जा स्रोत आहे ज्याचे अनेक पर्यावरणीय फायदे आहेत:

• हरितगृह वायू उत्सर्जनात घट: भूगर्भीय ऊर्जा प्रकल्प जीवाश्म इंधन-आधारित वीज प्रकल्पांपेक्षा लक्षणीयरीत्या कमी हरितगृह वायू उत्सर्जित करतात.
• वायू प्रदूषणात घट: भूगर्भीय ऊर्जा सल्फर डायऑक्साइड, नायट्रोजन ऑक्साईड्स आणि कणिक पदार्थ यांसारखे वायू प्रदूषक निर्माण करत नाही.
• शाश्वत संसाधन: भूगर्भीय संसाधने नवीकरणीय आहेत आणि त्यांचे शाश्वतपणे व्यवस्थापन केले जाऊ शकते.
• लहान जमिनीचा ठसा: भूगर्भीय ऊर्जा प्रकल्प आणि थेट वापराच्या सुविधांचा जमिनीचा ठसा इतर ऊर्जा स्रोतांच्या तुलनेत सामान्यतः लहान असतो.
• पाण्याच्या वापरात घट: भूगर्भीय ऊर्जा प्रकल्प थंड करण्यासाठी पुनर्वापर केलेले पाणी किंवा प्रक्रिया केलेले सांडपाणी वापरू शकतात, ज्यामुळे गोड्या पाण्याच्या वापरात घट होते.

भूगर्भीय ऊर्जा विकासासाठी आव्हाने आणि संधी

भूगर्भीय ऊर्जा महत्त्वपूर्ण फायदे देत असली तरी, तिच्या विकासाला अनेक आव्हानांना सामोरे जावे लागते:

• उच्च प्रारंभिक खर्च: भूगर्भीय प्रकल्पांना शोध, ड्रिलिंग आणि प्लांट बांधकामासाठी सामान्यतः उच्च प्रारंभिक खर्च येतो.
• भौगोलिक मर्यादा: भूगर्भीय संसाधने जगभरात समान रीतीने वितरीत केलेली नाहीत, ज्यामुळे विकास योग्य भूगर्भीय परिस्थिती असलेल्या क्षेत्रांपुरता मर्यादित आहे.
• तंत्रज्ञानात्मक आव्हाने: EGS सारख्या भूगर्भीय तंत्रज्ञानाचा विकास आणि सुधारणा करण्यासाठी सतत संशोधन आणि विकास आवश्यक आहे.
• पर्यावरणीय चिंता: भूगर्भीय विकासाचे पर्यावरणीय परिणाम असू शकतात, जसे की जमिनीची गडबड, पाण्याचा वापर आणि प्रेरित भूकंपीयता. या परिणामांचे काळजीपूर्वक व्यवस्थापन करणे आवश्यक आहे.
• नियामक आणि परवानगी अडथळे: भूगर्भीय प्रकल्पांना गुंतागुंतीच्या नियामक आणि परवानगी प्रक्रियेचा सामना करावा लागू शकतो, ज्यामुळे विकासास विलंब होऊ शकतो.

या आव्हानांना न जुमानता, भूगर्भीय ऊर्जा शाश्वत ऊर्जा भविष्यासाठी महत्त्वपूर्ण संधी देते:

• नवीकरणीय ऊर्जेची वाढती मागणी: हवामान बदल आणि ऊर्जा सुरक्षेच्या चिंतेमुळे नवीकरणीय ऊर्जेची जागतिक मागणी वेगाने वाढत आहे.
• तंत्रज्ञानातील प्रगती: EGS आणि वर्धित ड्रिलिंग तंत्रांसारख्या भूगर्भीय तंत्रज्ञानातील प्रगतीमुळे भूगर्भीय विकासाची क्षमता विस्तारत आहे.
• सरकारी पाठिंबा: अनेक सरकारे भूगर्भीय विकासाला पाठिंबा देण्यासाठी प्रोत्साहन आणि धोरणे देत आहेत.
• खाजगी क्षेत्रातील गुंतवणूक: खाजगी क्षेत्र वाढत्या मागणीमुळे आणि आकर्षक परताव्याच्या शक्यतेमुळे भूगर्भीय ऊर्जेमध्ये अधिकाधिक गुंतवणूक करत आहे.

भूगर्भीय ऊर्जेचे भविष्य

शाश्वत ऊर्जा भविष्याकडे जागतिक संक्रमणामध्ये भूगर्भीय ऊर्जेची महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावण्याची क्षमता आहे. जसजसे तंत्रज्ञान सुधारेल आणि खर्च कमी होईल, तसतसे भूगर्भीय ऊर्जा एक वाढत्या स्पर्धात्मक आणि आकर्षक ऊर्जा स्रोत बनेल अशी अपेक्षा आहे. नावीन्यपूर्णतेचा स्वीकार करून, पर्यावरणीय चिंता दूर करून आणि सहकार्याला प्रोत्साहन देऊन, भूगर्भीय उद्योग आपली पूर्ण क्षमता अनलॉक करू शकतो आणि स्वच्छ, अधिक सुरक्षित आणि अधिक शाश्वत जगात योगदान देऊ शकतो. भूगर्भीय ऊर्जेचे भविष्य उज्ज्वल दिसते, सततचे संशोधन आणि विकास अधिक कार्यक्षम आणि व्यापक अवलंबासाठी मार्ग मोकळा करत आहेत. या मौल्यवान नवीकरणीय संसाधनाच्या वाढीसाठी धोरणात्मक पाठिंबा आणि सार्वजनिक जागरूकता देखील महत्त्वपूर्ण आहे.

निष्कर्ष

भूगर्भीय ऊर्जा जागतिक नवीकरणीय ऊर्जा मिश्रणाचा एक व्यवहार्य आणि अधिकाधिक महत्त्वाचा घटक सादर करते. वीज निर्मितीपासून ते थेट वापराच्या हीटिंग आणि कूलिंगपर्यंतचे तिचे विविध अनुप्रयोग, विविध क्षेत्रांसाठी शाश्वत उपाय देतात. प्रारंभिक खर्च आणि भौगोलिक मर्यादांच्या बाबतीत आव्हाने असली तरी, सततची तांत्रिक प्रगती आणि स्वच्छ ऊर्जेची वाढती जागतिक मागणी जगभरात भूगर्भीय विकासाचा विस्तार करत आहे. क्षमता समजून घेऊन आणि आव्हानांना तोंड देऊन, आपण सर्वांसाठी अधिक शाश्वत आणि लवचिक ऊर्जा भविष्य निर्माण करण्यासाठी पृथ्वीच्या उष्णतेचा वापर करू शकतो.