14. júní 2013

Sjálfbær vinnsla úr jarðhitakerfum

Á sameignlegum fundi umhverfis- og atvinnuveganefndar Alþingis 12. júní 2013 með fulltrúum frá Orkustofnun, ÍSOR og Náttúrufræðistofnun auk Stefáns Arnórssonar, prófessors emeritus, var fjallað um málefni Hellisheiðarvirkjunar og fleira sem tengist jarðhitavinnslu. Meðal annars komu fram spurningar og fullyrðingar um sjálfbærni jarðhitavinnslu. Tilgangur þessa minnisblaðs er að fjalla örlítið um sjálfbæra vinnslu jarðhita og útskýra í hverju hún felst.

Snemma á fundinum fullyrti Sigmundur Einarsson, annar fulltrúi Náttúrufræðistofnunar, eftirfarandi samkvæmt Fréttablaðinu 13. 6. 2013: „Varðandi sjálfbærnina þá er það okkar mat að skilgreiningar Orkustofnunar á sjálfbærni séu nánast út í hött. Þær eru einfaldlega komnar frá orkugeiranum sjálfum og engir sérfræðingar, nánast, komið að þeim málum. Nema kannski sem ráðgjafar. Þar segir að sjálfbær nýting þýði nýting í 100 til 300 ár og það er ekki í takt við sjálfbærnihugtakið. Þá á nýtingin að vera nánast óendanleg.“

Í þessum ummælum felst bæði misskilningur á skilgreiningunni og farið er með rangt mál.

Í fyrst lagi er það rangt að skilgreiningin sé komin frá orkugeiranum sjálfum og nánast engir sérfræðingar hafi komið að þeim málum nema kannski sem ráðgjafar. Það var vinnuhópur á vegum Orkustofnunar sem var eingöngu skipaður jarðhitasérfræðingum, sem vann þessa skilgreiningu árin 2000 – 2001. Hópinn skipuðu Guðni Axelsson, eðlisfræðingur, Benedikt Steingrímsson, eðlisfræðingur, Ásgrímur Guðmundsson, jarðfræðingur, Guðmundur Pálmason, jarðeðlisfræðingur og fyrrum forstöðumaður Jarðhitadeildar Orkustofnunar, Halldór Ármannsson efnafræðingur, Helga Tulinius, jarðeðlisfræðingur, Ólafur G. Flóvenz, jarðeðlisfræðingur, Sveinbjörn Björnsson, eðlisfræðingur og fyrrum prófessor og Háskólarektor og Valgarður Stefánsson, eðlisfræðingur sem stýrði hópnum. Þarna voru margir helstu, fremstu og reyndustu jarðhitasérfæðingar Íslands og sumir þeirra leiðandi á heimsvísu í umfjöllun um sjálfbærni jarðhitavinnslu.

Í öðru lagi virðist fulltrúi Náttúrurfræðistofnunar halda það að sjálfbær nýting sé skilgreind sem nýting sem staðið getur lítt breytt í 100 til 300 ár og eftir það sé búið að nýta alla orkuna eða nýtingin orðin ósjálfbær. Þetta er misskilningur sem raunar kom einnig fram í spurningum sem bornar voru fram á fundinum. Það að miðað er við 100 – 300 ár mótast af tvennu. Annars vegar er mjög erfitt að reikna með einhverri nákvæmni hvernig jarðhitasvæði muni haga sér við vinnslu í svo langan tíma; til þess vantar gögn sem hvorki eru né verða tiltæk og ógerlegt er að spá með einhverri vissu um náttúrulegar breytingar sem kunna að verða á svo löngum tíma. Hins vegar má vænta mikilla tæknibreytinga á 100 til 300 árum sem gætu kollvarpað forsendum jarðhitavinnslu. Kannski hefur þá tekist að beisla kjarnasamruna til orkuframaleiðslu þannig að kjarnorka yrði ríkjandi orkugjafi. Ef til vill gæti bætt tækni við að nema varma úr jörðu hafa hækkað sjálfbærnimörkin verulega. Þá gætu jarðhræringar hafa gjörbreytt eðli jarðhitasvæðis og þar með sjálfbærnimörkunum. Ef við horfum til áraþúsunda, svo við tölum nú ekki um óendanleikann, eins og sumir hafa nefnt að bæri að gera, þá gæti allt eins verið komin ný ísöld eða jarðhitasvæði hafa kólnað af náttúrlegum orsökum. Það er því tilgangslítið að teygja skilgreininguna til lengri tíma en gert er.

Jarðhitasérfræðingar víða um heim hafa fjallað talsvert um hvernig skilgreina beri hugtakið sjálfbæra vinnslu jarðhita. Áðurnefndur hópur undir forystu Valgarðs Stefánssonar, skilgreindi þetta hugtak og birti alþjólega og hefur sú skilgreining öðlast verulega alþjóðlega viðurkenningu.

Rétt er að taka fram að sjálfbær vinnsla (eða nýting) er ekki það sama og sjálfbær þróun heldur ein af þremur meginforsendum hennar; til viðbótar koma hagræn og þjóðfélagsleg áhrif vinnslunnar.

Skilgreiningin felur í sér að fyrir hvert jarðhitasvæði séu til mörk sem kallast hámark sjálfbærrar vinnslu. Ef jarðhitavinnsla er undir þeim, þá er hægt að viðhalda henni mjög lengi, en vinnslu yfir mörkunum er ekki hægt að viðhalda til langframa og telst sú vinnsla ágeng.

Hafa þarf í huga að mörkin eru háð þeirri vinnslutækni sem beitt er og geta því breyst með tíma. Þetta felur í sér að eiginleikar jarðhitakerfisins og tæknin við að sækja orkuna ákvarða hámark sjálfbærrar vinnslu. Sem dæmi má nefna að djúpdælur, sem byrjað var að nota í borholum í Reykjavík fyrir um hálfri öld, hækkuðu sjálfbæru mörkin þar mikið. Þess sama er vænst af djúpborunum á háhitasvæðum í framtíðinni. Niðurdæling getur einnig hækkað sjálbærnimörkin, ef rétt er að henni staðið.

Af skilgreiningunni leiðir að ekki er unnt að gefa upp ákveðna tölu fyrir tiltekið jarðhitakerfi, sem segir til um sjálfbæra vinnslugetu þess. Til þess að ákvarða hvort nýting auðlindar sé sjálfbær þarf að setja tímamörk á það hve langt inn í framtíðina við gerum slíkar kröfur. Í tilviki jarðhitanýtingar hefur verið talið eðlilegt að miða við 1-3 aldir. Rétt er að vekja athygli á því að þetta þýðir ekki að nýtingin verði ósjálfbær eftir 1-3 aldir heldur einungis að hæpið sé að framreikna áhrif vinnslunnar til lengri tíma vegna óvissu í gögnum.

Fyrstu mánuði eða ár umfangsmikillar jarðhitavinnslu verður undantekningarlaust þrýstifall í viðkomandi jarðhitakerfi. Þá getum við sagt að vinnslan sé ágeng í upphafi. Til að vinnsla sé sjálfbær verður þrýstingur og hiti í jarðhitakerfinu að ná jafnvægi, eða lækka mjög hægt með tíma. Ef vinnsla úr jarðhitakerfi er yfir sjálfbæru mörkunum er sagt að hún sé ágeng og ekki hægt að viðhalda henni til lengdar. En reynsla og rannsóknir hafa sýnt að jarðhitakerfi geta endurheimt fyrra ástand ef þau eru hvíld eftir tímabil ágengrar vinnslu. Því getur vinnslutilhögun þar sem skiptast á tímabil ágengrar vinnslu og vinnsluhlé talist sjálfbær þó að því tilskildu að annað vinnslusvæði eða annar orkugjafi sé til reiðu í vinnsluhléum.

Til þess að meta hve mikla orku má vinna úr jarðhitakerfi á sjálfbæran hátt þurfum við upplýsingar um stærð þess og hita auk gagna úr borholum sem hafi verið prófaðar ítarlega. Það kemur þó fyrst í ljós eftir nokkurra ára vinnslu hvert hámark sjálfbærrar vinnslu viðkomandi kerfis er miðað við þá vinnslutækni sem beitt er. Þetta stafar m.a. af því að endanleg þrýstiviðbrögð jarðhitakerfa eru mjög lengi að koma fram og hitabreytingar í þeim eru afar hægar. Vinnsla úr jarðhitakerfum er stundum ágeng í byrjun. Slík vinnsla er ekki skaðleg jarðhitakerfinu, það verður einfaldlega að draga úr vinnslunni eða breyta vinnslutækni til lengri tíma.