พลังงานความร้อนใต้พิภพ (Geothermal Energy)

พลังงานความร้อนใต้พิภพ พลังงานธรรมชาติที่เกิดจากความร้อน ซึ่งถูกกักเก็บอยู่ภายใต้พื้นผิวโลก และเป็นอีกหนึ่งแหล่งพลังงานสะอาด ซึ่งมนุษย์สามารถนำมาใช้ประโยชน์ในหลากหลายด้าน ทั้งการใช้ประโยชน์จากพลังงานความร้อนและการผลิตกระแสไฟฟ้า

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

จุดกำเนิดความร้อนใต้พื้นผิวโลก

ในธรรมชาติ ความร้อนใต้พิภพจะมีอุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้นตามระดับความลึกลงไปจากพื้นผิวดิน โดยที่ความร้อนจะมีอุณหภูมิสูงขึ้นราว 25 ถึง 30 องศาเซลเซียส ในทุก ๆ ระดับความลึก 1 กิโลเมตร อย่างเช่นในบริเวณส่วนล่างของชั้นเปลือกโลก (Continental Crust) ที่ระดับความลึก 25 ถึง 70 กิโลเมตร มีอุณหภูมิเฉลี่ยอยู่ที่ 250 ถึง 1,000 องศาเซลเซียส ซึ่งความร้อนในบริเวณนี้มีค่าค่อนข้างแปรปรวนจากคุณสมบัติของแผ่นเปลือกโลกแต่ละแผ่นที่ประกอบเข้าด้วยกัน แต่ในส่วนฐานของชั้นเนื้อโลก (Mantle) ที่ลงลึกไปกว่า 2,900 กิโลเมตร ความร้อนจะมีอุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้นไปจนถึง 3,500 องศาเซลเซียส และหากลึกลงไปถึงส่วนของแก่นโลก (Core) ความร้อนในบริเวณนี้จะมีอุณหภูมิเฉลี่ยสูงถึง 5,000 องศาเซลเซียส

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

นอกจากนี้ ความร้อนใต้พิภพยังสามารถทำให้น้ำที่ไหลและกักเก็บอยู่ใต้พื้นดินตามชั้นหินต่าง ๆ กลายเป็นน้ำร้อนและไอน้ำที่พยายามแทรกตัวขึ้นมาตามแนวรอยแตกของชั้นหินเหล่านี้ ก่อนปรากฏให้เห็นอยู่ในรูปของบ่อน้ำร้อน (Hot Springs) น้ำพุร้อน (Geysers) ไอน้ำร้อน (Fumaroles) และบ่อโคลนเดือด (Mud Pots) ในพื้นที่ต่าง ๆ ทั่วโลก ซึ่งนับเป็นแหล่งกักเก็บพลังงานความร้อนใต้พิภพ (Geothermal Reservoir) ที่สามารถกักเก็บความร้อนได้สูงถึง 370 องศาเซลเซียส

แหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพสามารถจำแนกออกเป็น 3 ลักษณะ ดังนี้

  • แหล่งที่มีไอน้ำเป็นองค์ประกอบหลัก (Steam Dominated) คือ แหล่งกักเก็บความร้อนที่ประกอบด้วยไอน้ำมากกว่าร้อยละ 95 ซึ่งโดยทั่วไป มักเป็นแหล่งที่อยู่ใกล้กับหินหลอมเหลวซึ่งดันตัวขึ้นมาใกล้ผิวโลก อุณหภูมิของไอน้ำร้อนอาจสูงถึง 240 องศาเซลเซียส จึงเป็นแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพที่นำมาใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าได้ดีที่สุด เนื่องจากสามารถนำเอาไอน้ำร้อนไปหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้โดยตรง เช่น เดอะเกย์เซอร์ฟิลด์ (The Geyser Field) ในสหรัฐอเมริกา และลาร์เดอเรลโล (Larderello) ในอิตาลี แต่แหล่งพลังงานความร้อนลักษณะนี้ พบเห็นได้น้อยมากบนโลก
เดอะเกย์เซอร์ฟิลด์ของสหรัฐอเมริกา
  • แหล่งที่มีน้ำร้อนเป็นองค์ประกอบหลัก (Hot Water Dominated) คือ แหล่งกักเก็บความร้อนที่สามารถพบเห็นได้ทั่วไปบนโลก ซึ่งประกอบไปด้วยน้ำร้อนที่มีอุณหภูมิตั้งแต่ 100 องศาเซลเซียสขึ้นไป อาจมีก๊าซธรรมชาติปะปนอยู่บ้าง เช่น เซอร์โรพรีโต (Cerro Prieto) ในเม็กซิโกและฮัตชูบารุ (Hatchobaru) ในญี่ปุ่น
  • แหล่งหินร้อนแห้ง (Hot Dry Rock) คือ แหล่งสะสมพลังงานความร้อนในรูปของหินเนื้อแน่นที่ไม่มีน้ำร้อนหรือไอน้ำเกิดขึ้นเลย นับเป็นแหล่งที่มีค่าการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิตามระดับความลึก ดังนั้นในการนำพลังงานความร้อนมาใช้ประโยชน์จึงต้องมีการอัดน้ำลงไปตามหลุมที่ขุดเจาะ เพื่อให้น้ำได้รับความร้อนจากหินร้อนเหล่านั้น ก่อนทำการสูบน้ำร้อนขึ้นมาใช้ผลิตกระแสไฟฟ้า

นอกจากนี้ ยังมีแหล่งพลังงานความร้อนจากหินหนืด (Magma) ตามแอ่งใต้ภูเขาไฟที่สามารถให้ความร้อนสูงถึง 650 องศาเซลเซียส แต่ในปัจจุบันแหล่งพลังงานจากหินหนืดยังอยู่ในขั้นตอนการศึกษาวิจัย เพื่อพิจารณาถึงความเป็นไปได้ในการนำมาใช้ผลิตกระแสไฟฟ้า

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

ผลกระทบจากการใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพ

พลังงานความร้อนใต้พิภพนับเป็นพลังงานที่ค่อนข้างสะอาด มีการปล่อยก๊าซพิษ เช่น ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) ไนตรัสออกไซด์ (N2O) และอนุภาคต่าง ๆ ในปริมาณที่ต่ำมาก อีกทั้ง ยังนับเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่สามารถคงอยู่ได้อีกหลายพันล้านปี โดยที่หลายประเทศทั่วโลกสามารถเข้าถึงได้ง่าย และยังเป็นแหล่งพลังงานที่ค่อนข้างเสถียร เนื่องจากไม่ขึ้นอยู่กับปัจจัยทางสภาพล้อมที่มีการเปลี่ยนแปลงบ่อยครั้ง ทั้งทิศทางลมหรือปริมาณแสงแดด และหากมีการจัดการกับแหล่งกักเก็บอย่างเหมาะสม โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพสามารถอยู่ได้นานหลายทศวรรษเลยทีเดียว

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

สืบค้นและเรียบเรียง
คัดคณัฐ ชื่นวงศ์อรุณ


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

เรื่องแนะนำ

หลักฐานฟอสซิลเผยปริศนาการทวีชนิดพันธุ์สัตว์ยุคแคมเบรียน

ฟอสซิลเก่าแก่อายุ 570 ล้านปี ช่วยไขปริศนาว่า สรรพชีวิตบนโลกพัฒนาอย่างก้าวกระโดด จากจุลชีพแสนเรียบง่าย กลายเป็นสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่และสลับซับซ้อนได้อย่างไร

ส่องอนาคตของรถยนต์ไฟฟ้า มาแน่ในอีกไม่กี่ปี

ในหลายประเทศออกนโยบายอ้าแขนรับการมาถึงของรถยนต์ไฟฟ้าแล้ว มาดูกันว่าในงานมอเตอร์โชว์ที่ผ่านมามีรถยนต์ไฟฟ้าจากค่ายใดบ้างที่น่าสนใจ

พายุไต้ฝุ่นฮากิบิส : พายุที่สร้างความกังวลไปทั่วญี่ปุ่น

ญี่ปุ่นเตรียมพร้อมรับมือกับ พายุไต้ฝุ่นฮากิบิส ที่กำลังจะเคลื่อนตัวขึ้นฝั่งในสุดสัปดาห์นี้ หนึ่งในพายุที่รุนแรงมากที่สุดลูกหนึ่งในปีนี้ กำลังเคลื่อนตัวขึ้นฝั่งทางตะวันออกของญี่ปุ่นในช่วงสุดสัปดาห์นี้ คาดว่าส่งผลกระทบเป็นวงกว้างทั้งประเทศ พายุไต้ฝุ่นฮากิบิส อาจส่งผลให้เกิดฝนตกหนัก ทางการเตรียมออกประกาศเตือนประชาชนล่วงหน้า และเตรียมรับมือกับพายุครั้งนี้ กรมอุตุนิยมวิทยาญี่ปุ่น รายงาน “พายุไต้ฝุ่นจะเคลื่อนตัวขึ้นฝั่งที่ภูมิภาคโตไค หรือคันโต ในวันเสาร์ที่จะถึงนี้ (12 ตุลาคม 2019)” ยาซูชิ คาจิฮาระ เจ้าหน้าที่กรมอุตุนิยมวิทยา กล่าวและเสริมว่า “จากความรุนแรงของพายุ และความสูงของคลื่น เรากำลังเฝ้าดูความเป็นไปได้ของการเคลื่อนตัวขึ้นฝั่งที่ภูมิภาคคันโตะ” กรมอุตุนิยมวิทยาของญี่ปุ่นจัดให้พายุไต้ฝุ่นฮากิบิสอยู่ในระดับ “รุนแรงมาก” โดยพายุมีทิศทางการเคลื่อนตัวไปทางเหนือของมหาสมุทรแปซิฟิก และเคลื่อนตัวผ่านเกาะฮอนชูของประเทศญี่ปุ่น อ่านเพิ่มเติม : ความรุนแรงของพายุ ไต้ฝุ่นฮากิบิสอาจสร้างความเสียหายได้เทียบเท่ากับพายุไต้ฝุ่นที่เกิดขึ้นในปี 1958 ซึ่งส่งผลให้มีประชาชนเสียชีวิตราว 1,200 คนในภูมิภาคคันโต และเกาะอีซุ นอกจากนี้ พายุไต้ฝุ่นฮากิบิสสามารถก่อให้เกิดคลื่นซัดชายฝั่ง (Strom surge) ที่ส่งผลกระทบโดยตรงต่อประชาชนที่อาศัยอยู่แนวชายฝั่งของเกาะฮอนชู และอาจเกิดน้ำท่วมฉับพลัน ข้อมูลล่าสุดของพายุไต้ฝุ่นฮากิบิส (เมื่อวันที่ 11 ตุลาคม 2019) การเคลื่อนที่ 250 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ความเร็วลม 180 กิโลเมตรต่อชั่วโมง […]

NGT x SaySci Ep.12 “ความหมายของวันหมดอายุ”

อย่าแปลกใจที่หากอาหารของคุณหมดอายุแล้ว แต่ยังกินได้ เพราะการพิจารณาว่าอาหารนั้นๆ ควรกินหรือไม่ต้องดูจากหลายองค์ประกอบ ไม่ว่าจะเป็นวันหมดอายุ, คุณภาพของบรรจุภัณฑ์ ไปจนถึงกลิ่น สีและรสของอาหารภายใน...