พลังงานความร้อนใต้พิภพ เป็นพลังงานธรรมชาติที่เกิดจากความร้อนที่ถูกกักเก็บอยู่ภายในชั้นธรณีของโลก และเป็นหนึ่งในแหล่งพลังงานทางเลือกที่สะอาด ซึ่งมนุษย์สามารถนำมาใช้ประโยชน์ในหลากหลายทั้งการใช้ประโยชน์จากพลังงานความร้อนและการผลิตกระแสไฟฟ้า

พลังงานความร้อนใต้พิภพ (Geothermal Energy) คือ พลังงานธรรมชาติที่เกิดจากความร้อน ซึ่งถูกกักเก็บอยู่ภายใต้พื้นผิวโลก และเป็นอีกหนึ่งแหล่งพลังงานสะอาดหรือพลังงานหมุนเวียน (Renewable Resource) ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

จุดกำเนิดความร้อนใต้พื้นผิวโลก

ในธรรมชาติ ความร้อนใต้พิภพมีอุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้นตามระดับความลึกลงไปจากพื้นผิวดิน โดยความร้อนจะมีอุณหภูมิสูงขึ้นราว 25 ถึง 30 องศาเซลเซียส ในทุก ๆ ระดับความลึก 1 กิโลเมตร

ในบริเวณส่วนล่างของชั้นเปลือกโลก (Continental Crust) ที่ระดับความลึก 25 ถึง 70 กิโลเมตร มีอุณหภูมิเฉลี่ยอยู่ที่ 250 ถึง 1,000 องศาเซลเซียส ซึ่งมีค่าค่อนข้างผันผวนจากคุณสมบัติของแผ่นเปลือกโลกแต่ละแผ่นที่ประกอบเข้าด้วยกัน

อย่างไรก็ตาม ในส่วนฐานของชั้นเนื้อโลก (Mantle) ที่ลงลึกไปกว่า 2,900 กิโลเมตร ความร้อนจะมีอุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้นไปจนถึง 3,500 องศาเซลเซียส และหากลึกลงไปถึงส่วนของแก่นโลก (Core) ความร้อนในบริเวณนี้จะมีอุณหภูมิเฉลี่ยสูงถึง 5,000 องศาเซลเซียส

ความร้อนที่เกิดขึ้น ณ ตรงจุดศูนย์กลางของโลก เป็นพลังงานความร้อนส่วนน้อยที่ถูกสร้างขึ้นจากแรงเสียดทานและแรงดึงดูดของการก่อตัวขึ้นของโลก เมื่อกว่า 4 พันล้านปีก่อน ขณะที่ความร้อนใต้พื้นผิวโลกส่วนใหญ่มาจากการสลายตัวอย่างต่อเนื่องของไอโซโทปหรือธาตุกัมมันตภาพรังสี (Radioactive Isotopes) ที่แผ่กระจายความร้อนจากแกนกลางของโลกไปยังส่วนต่าง ๆ ซึ่งทำให้เกิดการหลอมละลายของแร่ธาตุและหิน จนเกิดเป็นหินหนืด (Magma) ที่สามารถเคลื่อนตัวไปตามรอยแยกของแผ่นเปลือกโลกขึ้นมาสู่ผิวดิน และกลายเป็นหินหลอมเหลวหรือลาวา (Lava) ที่ไหลออกมาจากภูเขาไฟหรือตามรอยแยกใต้มหาสมุทร

นอกจากนี้ ความร้อนใต้พิภพยังส่งผลให้น้ำใต้ดินทีไหลผ่านชั้นหินต่าง ๆ กลายเป็นน้ำร้อนและไอน้ำ ที่พยายามแทรกตัวขึ้นมาตามแนวรอยแตกของแผ่นดิน และเกิดเป็นปรากฏการณ์ทางธรรมชาติในรูปของบ่อน้ำร้อน (Hot Springs) น้ำพุร้อน (Geysers) ไอน้ำร้อน (Fumaroles) และบ่อโคลนเดือด (Mud Pots) ในพื้นที่ต่าง ๆ ทั่วโลก ซึ่งนับเป็นแหล่งกักเก็บพลังงานความร้อนใต้พิภพ (Geothermal Reservoir) ที่สามารถกักเก็บความร้อนได้สูงถึง 370 องศาเซลเซียส

แหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพสามารถจำแนกออกเป็น 3 ลักษณะ ดังนี้

1. แหล่งที่มีไอน้ำเป็นองค์ประกอบหลัก (Steam Dominated) คือ แหล่งกักเก็บความร้อนที่ประกอบด้วยไอน้ำมากกว่าร้อยละ 95 โดยทั่วไป มักเป็นแหล่งที่อยู่ใกล้กับหินหลอมเหลวซึ่งดันตัวขึ้นมาใกล้ผิวโลก อุณหภูมิของไอน้ำร้อนอาจสูงถึง 240 องศาเซลเซียส จึงเป็นแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพที่นำมาใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าได้ดีที่สุด เนื่องจากสามารถนำเอาไอน้ำร้อนไปหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้โดยตรง เช่น เดอะเกย์เซอร์ฟิลด์ (The Geyser Field) ในสหรัฐอเมริกา และลาร์เดเรโย (Larderello) ในอิตาลี แต่แหล่งพลังงานความร้อนลักษณะนี้พบเห็นได้น้อยมากบนโลก

2. แหล่งที่มีน้ำร้อนเป็นองค์ประกอบหลัก (Hot Water Dominated) คือ แหล่งกักเก็บความร้อนที่สามารถพบเห็นได้ทั่วไปบนโลก ซึ่งประกอบไปด้วยน้ำร้อนที่มีอุณหภูมิตั้งแต่ 100 องศาเซลเซียสขึ้นไป อาจมีก๊าซธรรมชาติปะปนอยู่บ้าง เช่น เซร์โรปรีโต (Cerro Prieto) ในเม็กซิโก และฮัตโชบารุ (Hatchobaru) ในญี่ปุ่น

3. แหล่งหินร้อนแห้ง (Hot Dry Rock) คือ แหล่งสะสมพลังงานความร้อนในรูปของหินเนื้อแน่นที่ไม่มีน้ำร้อนหรือไอน้ำเกิดขึ้นเลย นับเป็นแหล่งที่มีค่าการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิตามระดับความลึก ดังนั้น การนำพลังงานความร้อนมาใช้ประโยชน์จึงต้องอัดน้ำลงไปตามหลุมที่ขุดเจาะ เพื่อให้น้ำได้รับความร้อนจากหินร้อนเหล่านั้น ก่อนทำการสูบน้ำร้อนขึ้นมาใช้ผลิตกระแสไฟฟ้า

นอกจากนี้ ยังมีแหล่งพลังงานความร้อนจากหินหนืด (Magma) ตามแอ่งใต้ภูเขาไฟที่สามารถให้ความร้อนสูงถึง 650 องศาเซลเซียส แต่ในปัจจุบันแหล่งพลังงานจากหินหนืดยังอยู่ในขั้นตอนการศึกษาวิจัย เพื่อพิจารณาถึงความเป็นไปได้ในการนำมาใช้ผลิตกระแสไฟฟ้า

แหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพส่วนใหญ่ ตั้งอยู่ในเขตการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก (Plate Tectonic) ที่มีภูเขาไฟซึ่งยังคงคุกรุ่นหรือบริเวณที่มีชั้นของแผ่นเปลือกโลกบาง เช่น พื้นที่ด้านตะวันตกของทวีปอเมริกาใต้และเหนือ รวมไปถึงกรีซ อิตาลี ไอซ์แลนด์ ญี่ปุ่น ฟิลิปปินส์ อินโดนีเซีย และประเทศต่าง ๆ ตามแนวเทือกเขาหิมาลัย เป็นต้น

ผลกระทบจากการใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพ

พลังงานความร้อนใต้พิภพเป็นพลังงานที่ค่อนข้างสะอาด ซึ่งปล่อยก๊าซพิษ เช่น ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) ไนตรัสออกไซด์ (N2O) และอนุภาคต่าง ๆ ในปริมาณที่ต่ำมาก และยังนับเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่สามารถคงอยู่ได้อีกหลายพันล้านปี หลายประเทศทั่วโลกสามารถเข้าถึงได้ง่าย และยังเป็นแหล่งพลังงานที่ค่อนข้างเสถียร เนื่องจากไม่ขึ้นอยู่กับปัจจัยทางสภาพล้อมที่มีการเปลี่ยนแปลงบ่อยครั้ง ทั้งทิศทางลมหรือปริมาณแสงแดด และหากมีการจัดการกับแหล่งกักเก็บอย่างเหมาะสม โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพสามารถให้ประโยชน์ได้นานหลายทศวรรษ

อย่างไรก็ตาม การนำพลังงานความร้อนใต้พิภพมาใช้ประโยชน์ยังคงมีข้อจำกัดมากมาย ทั้งจากขั้นตอนและกระบวนการต่าง ๆ เช่น การฉีดน้ำแรงดันสูงลงสู่หลุมลึกใต้พื้นโลกที่อาจส่งผลให้เกิดแผ่นดินไหวขนาดเล็ก หรือการนำเอาน้ำร้อนจากใต้ดินขึ้นมาใช้ ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดการทรุดตัวของแผ่นดิน รวมไปถึงการปนเปื้อนแร่ธาตุและสารพิษของน้ำใต้ดิน ไม่ว่าจะเป็นสารหนู (Arsenic) ปรอท (Mercury) หรือซีลีเนียม (Selenium) ที่อาจรั่วไหลสู่แหล่งน้ำธรรมชาติบนผิวดิน เป็นต้น

สืบค้นและเรียบเรียง คัดคณัฐ ชื่นวงศ์อรุณ และณภัทรดนัย

อ้างอิง

National Geographic Society – https://www.nationalgeographic.org

National Geographic – https://www.nationalgeographic.com

สถาบันวิศวกรรมพลังงาน มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ – http://www.eei-ku.com

กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน – http://webkc.dede.go.th

เรื่องอื่น ๆ ที่น่าสนใจ : ทฤษฎีของ งานและพลังงาน