Energia geotermalna w przemyśle

Energia geotermalna to energia cieplna zgromadzona wewnątrz Ziemi. Jej źródłem są procesy zachodzące w jądrze i płaszczu planety, w tym naturalny rozpad pierwiastków promieniotwórczych. W praktyce przemysłowej i energetycznej korzysta się głównie z ciepła zawartego w wodach podziemnych i parze wodnej występującej w warstwach geologicznych. Temperatura tych zasobów zależy od głębokości oraz lokalnych warunków geologicznych – w Polsce najczęściej spotyka się wody o temperaturze od 20°C do 100°C, choć w niektórych regionach sięga ona powyżej 150°C.

Dla porównania, największe zasoby geotermalne na Ziemi występują głównie w regionach aktywnych wulkanicznie i tektonicznie:

• Islandia (70–300°C) – leży nad strefą ryftu śródoceanicznego – energia geotermalna pokrywa znaczną część zapotrzebowania na ciepło i energię elektryczną,
• Indonezja (150–350°C) – archipelag położony na styku płyt tektonicznych Pacyfiku i Eurazji, posiada ogromny potencjał – największy na świecie pod względem technicznych możliwości wykorzystania energii geotermalnej,
• Filipiny (150–300°C) – jeden z czołowych producentów energii geotermalnej elektrycznej na świecie; elektrownie geotermalne dostarczają znaczną część krajowego miksu energetycznego,
• Kenia (150–350°C) – tzw. Wielki Rów Afrykański - region Rift Valley ma wysoką temperaturę zasobów i stabilne ciśnienie wód geotermalnych, wykorzystywane w elektrowniach geotermalnych,
• USA (Kalifornia, Nevada, Wyoming, Oregon) (200–350°C) – zwłaszcza Kalifornia w rejonie The Geysers, największy kompleks geotermalny na świecie wytwarzający energię elektryczną,
• Nowa Zelandia (100–300°C) – regiony Rotorua i Taupo posiadają wysokotemperaturowe wody geotermalne wykorzystywane do energii elektrycznej i ciepła sieciowego,
• Włochy (150–220°C) – szczególnie Toskania, gdzie działa pierwsza na świecie elektrownia geotermalna w Larderello.

Dzięki odwiertom geotermalnym możliwe jest pozyskanie nośnika energii w postaci gorącej wody lub pary, która następnie trafia do instalacji grzewczych bądź technologicznych. W odróżnieniu od energii słonecznej czy wiatrowej, geotermia charakteryzuje się stabilnością – zasób ten jest dostępny przez całą dobę i niezależny od pogody.

Przemysł to jeden z największych odbiorców energii. Wykorzystanie geotermii może znacząco obniżyć koszty energii cieplnej, a w określonych warunkach także elektrycznej. Zastosowania można podzielić na kilka grup:

• procesy wymagające niskotemperaturowego ciepła (do 120°C) – np. suszenie drewna, produktów rolnych i spożywczych, fermentacja w browarnictwie, produkcja mleczarska czy podgrzewanie wody procesowej,
• procesy średniotemperaturowe (120–180°C) – wytwarzanie pary technologicznej, odparowywanie w przemyśle chemicznym i celulozowo-papierniczym, procesy mycia i sterylizacji,
• procesy wysokotemperaturowe (>180°C) – możliwe głównie w regionach o szczególnie gorących zasobach, gdzie woda lub para mogą zasilać turbiny parowe i generować energię elektryczną, a następnie być wykorzystywane w ciepłownictwie przemysłowym.

Dodatkowo energia geotermalna może służyć do chłodnictwa przemysłowego dzięki zastosowaniu absorpcyjnych agregatów chłodniczych, a także do ogrzewania i klimatyzacji hal produkcyjnych. Szczególnie atrakcyjne może być jej połączenie z systemami trigeneracyjnymi (produkcja ciepła, chłodu i energii elektrycznej), co zwiększa efektywność wykorzystania zasobów.

Wdrożenie geotermii w zakładach przemysłowych wymaga odpowiedniej infrastruktury technicznej i inwestycji początkowych. Jej najważniejsze elementy to:

• odwierty geotermalne – jeden lub więcej otworów eksploatacyjnych i zrzutowych, umożliwiających cyrkulację wody geotermalnej,
• system rurociągów i wymienników ciepła, które przenoszą energię z wód geotermalnych do procesów przemysłowych,
• instalacje wspierające – np. pompy, urządzenia filtracyjne, systemy ochrony przed korozją i osadami mineralnymi,
• pompy ciepła (opcjonalnie) – dają możliwość podniesienia temperatury czynnika, jeśli naturalna temperatura źródła geotermalnego jest zbyt niska dla wymagań procesu technologicznego,
• układy kogeneracyjne lub trigeneracyjne (opcjonalnie), pozwalające na równoczesne wytwarzanie energii elektrycznej, ciepła i chłodu.

Koszt budowy instalacji geotermalnej zależy w dużej mierze od głębokości odwiertów i jakości zasobów. Zwykle inwestycje w tego typu projekty wymagają kilku–kilkunastu lat eksploatacji, aby osiągnąć pełny zwrot kosztów, ale charakteryzują się później niskimi kosztami operacyjnymi i dużą stabilnością dostaw energii.

W Polsce geotermia wykorzystywana jest głównie w ciepłownictwie komunalnym i balneologii (medycynie uzdrowiskowej):

• Podhale – najstarsze i najlepiej rozwinięte źródło geotermalne w Polsce. Ciepło z geotermii używane jest głównie w sieciach ciepłowniczych, ale część odbiorców to także zakłady usługowe i rekreacyjne;
• Bańska Niżna, Mszczonów, Uniejów, Lądek-Zdrój – instalacje geotermalne dostarczają energię cieplną do basenów termalnych, hoteli, obiektów rekreacyjnych i ogrzewania miejskiego;
• Stargard i Pyrzyce – w tych regionach geotermia jest rozwijana z myślą o wykorzystaniu w lokalnym przemyśle spożywczym i rolno-przetwórczym.

Polska ma znaczne zasoby geotermalne – szacuje się, że nawet 80% powierzchni kraju ma potencjał wykorzystania ciepła z wnętrza Ziemi. Są to jednak dość niskie temperatury - głównie około 20-100°C. Szacuje się, że zasoby wód geotermalnych Polski to około 300 razy więcej niż wynosi roczne zapotrzebowanie kraju – to prawie 35 mld toe (ton ekwiwalentu oleju) energii. Najbardziej perspektywiczne pod kątem wykorzystania geotermii obszary to Podhale, Niż Polski oraz rejon Szczecina i Bałtyku.

Szanse na rozwój przemysłowych instalacji geotermalnych zwiększają się z kilku powodów:

• rosnące ceny energii i potrzeba stabilnych, lokalnych źródeł ciepła,
• unijne regulacje klimatyczne i rosnące znaczenie dekarbonizacji w przemyśle,
• możliwość łączenia geotermii z innymi technologiami OZE, np. pompami ciepła czy fotowoltaiką,
• coraz większe doświadczenie polskich firm w realizacji odwiertów i budowie instalacji.

Można oczekiwać, że w najbliższej dekadzie pojawi się więcej projektów skierowanych bezpośrednio do przemysłu, zwłaszcza w branżach energochłonnych (ale o niskotemperaturowych procesach) jak przemysł spożywczy, chemiczny czy papierniczy.

Energia geotermalna zaliczana jest do odnawialnych źródeł energii i traktowana jako „zielona energia”. Jej eksploatacja wiąże się z minimalną emisją gazów cieplarnianych – głównie przy budowie instalacji oraz w procesie pompowania i transportu wody. W przeciwieństwie do paliw kopalnych, nie powoduje ona jednak ciągłej emisji CO₂ w trakcie użytkowania.

W niektórych przypadkach z wodami geotermalnymi mogą wydzielać się niewielkie ilości szkodliwych gazów (np. siarkowodoru czy dwutlenku węgla), ale zastosowanie odpowiedniego procesu odgazowania lub absorpcji pozwala je zneutralizować lub ograniczyć do bezpiecznego i korzystnego dla człowieka poziomu (w szczególności w miejscowościach uzdrowiskowych).

Dlatego geotermia uznawana jest za jedno z najbardziej przyjaznych środowisku źródeł energii, które może wspierać przemysł w realizacji celów klimatycznych i poprawie wskaźników ESG.

Energia geotermalna w przemyśle to kierunek o dużym potencjale, choć w Polsce wciąż stosunkowo mało rozwinięty. Stabilność dostaw ciepła, niskie koszty eksploatacji i minimalny wpływ na środowisko sprawiają, że geotermia może być wartościowym uzupełnieniem miksu energetycznego. Rozwój technologii odwiertowych i wsparcie finansowe dla tej technologii zwiększają szanse, że w kolejnych latach więcej przedsiębiorstw zdecyduje się na inwestycje w to źródło energii. Wdrożenie geotermii wymaga odpowiedniej infrastruktury i nakładów inwestycyjnych, ale w dłuższej perspektywie może przynieść korzyści finansowe, poprawić bezpieczeństwo energetyczne oraz wspierać strategię dekarbonizacji przemysłu.