พลังงานความร้อนใต้พิภพ เกิดขึ้นได้อย่างไร และมนุษย์นำมาประยุกต์ใช้อย่างไร

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

นักวิทยาศาสตร์พบแบบแผนสมองของผู้คิดฆ่าตัวตาย

ทีมนักวิทยาศาสตร์สแกนสมองพบแบบแผนความคิดฆ่าตัวตาย เมื่อเดือนตุลาคม พ.ศ. 2560 เว็บไซต์ technologynetworks.com รายงานการค้นพบเรื่องสำคัญของมหาวิทยาลัยคาร์เนกีเมลลอน สหรัฐอเมริกา เมื่อทีมนักวิจัยของมหาวิทยาลัยดังกล่าวนำโดยมาร์เซล จัสต์ และเดวิด เบรนต์ จากมหาวิทยาลัยพิตต์สเบิร์ก ร่วมกันพัฒนานวัตกรรมใหม่และวิธีการที่ช่วยระบุบุคคลที่คิดฆ่าตัวตาย โดยวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงในสมองที่แสดงต่อความคิดต่างๆ เช่น ความตาย ความโหดร้าย และปัญหา ความเสี่ยงของการฆ่าตัวตายเป็นเรื่องยากจะประเมินและทำนาย  ในสหรัฐอเมริกา การฆ่าตัวตายเป็นสาเหตุลำดับที่สองที่ทำให้เด็กวัยรุ่นเสียชีวิต  งานวิจัยดังกล่าวซึ่งตีพิมพ์ในวารสาร Nature Human Behaviour  เสนอวิธีการใหม่ที่จะประเมินอาการผิดปรกติทางจิตเวช “งานชิ้นล่าสุดของเราระบุการเปลี่ยนแปลงความคิดซึ่งสัมพันธ์กับกระบวนการก่อเกิดและเชื่อมโยงความคิดกับพฤติกรรมด้วยอัลกอริทึมการเรียนรู้จักรกล (machine-learning algorithm) เพื่อประเมินภาพแสดงของประสาทที่เกี่ยวกับแนวคิดเฉพาะซึ่งสัมพันธ์กับความตาย  มันเปิดหน้าต่างสู่สมองและความคิดให้เรา ทำให้เห็นว่าบุคคลที่คิดฆ่าตัวตายกับความคิดอื่นๆ และอารมณ์สัมพันธ์กันอย่างไร  สิ่งสำคัญของการศึกษาชิ้นนี้คือเราสามารถบอกได้ว่าใครจะคิดถึงการฆ่าตัวตาย โดยวิธีที่เขาคิดเกี่ยวกับหัวข้อที่เกี่ยวกับความตาย” จัสต์ ศาสตราจารย์สาขาจิตวิทยา วิทยาลัยมนุษยศาสตร์และสังคมศาสตร์ดีทริค มหาวิทยาลัยคาร์เนกีเมลลอน กล่าว (เมื่อความตายเกิดขึ้นอย่างปริศนา กระบวนการชันสูตรจะถูกนำมาใช้เพื่อหาคำตอบ) จัสต์และเบรนต์ ผู้เป็นประธานงานวิจัยเรื่องการฆ่าตัวตายและเป็นศาสตราจารย์ด้านจิตเวช,  กุมารเวชศาสตร์, ระบาดวิทยา, วิทยาศาตร์ทางคลินิกและการนำไปใช้ประโยชน์ ที่มหาวิทยาลัยพิตตส์เบิร์ก เสนอรายการคำ 10 คำที่เกี่ยวเนื่องกับความคิดเชิงบวก เช่น “อิสระเสรี” และอีก […]

หุ่นยนต์เลียนแบบการเคลื่อนไหวนิ้วมนุษย์

หุ่นยนต์เลียนแบบการเคลื่อนไหวนิ้วมนุษย์ หุ่นยนต์ส่วนใหญ่มีองค์ประกอบที่ทำจากวัสดุซึ่งไม่เอื้อต่อความยืดหยุ่น แต่สำหรับหุ่นยนต์ HASEL นั้นต่างออกไปเพราะมันทำมาจากถุงบรรจุของเหลวซึ่งเป็นฉนวนไฟฟ้าแทนลักษณะของกล้ามเนื้อมนุษย์ เมื่อถึงเวลาใช้งานกระแสไฟฟ้าจะกระตุ้นให้ของเหลวในถุงเปลี่ยนรูปร่างไป และก่อให้เกิดการยืดหรือหดตัวขึ้นมา ซึ่งช่วยให้หุ่นยนต์สามารถเคลื่อนไหวได้อย่างยึดหยุ่นขึ้น แต่ในขณะเดียวกันก็ยังคงความแข็งแรงไว้ได้ ลองชมคลิปตัวอย่างการสาธิตที่แทนการเคลื่อนไหวของหุ่นยนต์เทียบเท่ากับนิ้วมือมนุษย์กันว่าจะเป็นอย่างไร ทั้งนี้ทีมผู้ผลิตคาดหวังว่าไอเดียของพวกเขาจะช่วยพัฒนาหุ่นยนต์ที่เคลื่อนไหวได้อย่างมีประสิทธิภาพขึ้นในอนาคต เพื่อใช้ในฐานะอวัยวะเทียม หรือเป็นส่วนหนึ่งของโรงงานอุตสาหกรรม   อ่านเพิ่มเติม มนุษย์จะเป็นอย่างไรในอนาคต?

ความรู้ประจำวัน : ไดโนเสาร์เต้นรำเหมือนนก

หนึ่งในสิ่งที่น่าตื่นเต้นเกี่ยวกับการศึกษาไดโนเสาร์ก็คือ นกในปัจจุบันคือไดโนเสาร์ที่ยังมีชีวิต หรืออาจกล่าวได้ว่าพวกมันคือลูกหลานของไดโนเสาร์ นกจำนวนมากอวดโฉมขนของพวกมันเพื่อใช้ในการจับคู่ ทีนี้ลองคิดถึงบรรพบรุษของนกอย่างไทเซราทอปส์ ไดโนเสาร์มีเขาที่ใช้แผงบนศีรษะของมันเพื่อจุดประสงค์เดียวกันบ้าง นักบรรพชีวินวิทยาไม่คิดว่าเขาและแผงบนหัวของไดโนเสาร์ชนิดนี้จะมีไว้เพื่อใช้สำหรับการต่อสู้ ตรงกันข้ามพวกเขาคิดว่าสิ่งนี้มีไว้เพื่ออวดโฉมในการจับคู่ เนื่องจากเมื่อเติบโตขึ้นกระดูกบริเวณนี้จะเปราะและบางลง ดังนั้นเมื่อมองไปที่จังหวะการเต้นรำของนกบางสายพันธุ์ที่ทำเพื่อการจับคู่แล้ว ในโลกดึกดำบรรพ์ก็มีความเป็นไปได้เช่นกันว่าไดโนเสาร์เหล่านี้อาจเต้นรำไม่ต่างจากนก ซึ่งคงเป็นภาพที่น่าตื่นตาตื่นใจน่าดู   อ่านเพิ่มเติม : แขนจิ๋วของทีเร็กซ์อาจเป็นอาวุธอันตราย, ฟอสซิลอสุรกายแห่งท้องทะเลถูกพบในอินเดีย

ชุดตรวจโรคโควิด-19 ผลงานโดยนักวิจัยชาวไทย

สวทช. ร่วมมือกับมหาวิทยาลัยมหิดล พัฒนาวิธีสกัดอาร์เอ็นเอของเชื้อไวรัสโคโรนาสายพันธุ์ใหม่จากตัวอย่างแบบง่าย และ ชุดตรวจโรคโควิด-19 ด้วยเทคนิคแลมป์เปลี่ยนสีในขั้นตอนเดียว ลดการนำเข้าหากมีการระบาดของโควิด -19 ระยะ 2 กระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม (อว.) โดย สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) ร่วมกับมหาวิทยาลัยมหิดล พัฒนาวิธีสกัดอาร์เอ็นเอ (RNA) ของเชื้อไวรัสโคโรนาสายพันธุ์ใหม่ (SARS-CoV-2) จากตัวอย่างแบบง่าย และ ชุดตรวจโรคโควิด-19 ด้วยเทคนิคแลมป์เปลี่ยนสีในขั้นตอนเดียว เพื่อประหยัดงบประมาณและลดการนำเข้าชุดสกัดอาร์เอ็นเอ และชุดตรวจจากต่างประเทศ สวทช. เป็นหน่วยงานวิจัยและพัฒนาที่ให้ความสำคัญในการนำผลงานวิจัยและเทคโนโลยีไปใช้ในการช่วยเหลือประเทศชาติ ซึ่งตั้งแต่เดือนมกราคมที่ผ่านมา ทีมนักวิจัย สวทช. ได้คิดค้นและวิจัยนวัตกรรมเพื่อรับมือกับการแพร่ระบาดที่เกิดขึ้น โดยนำองค์ความรู้ในเทคโนโลยีสาขาต่าง ๆ มาประยุกต์ใช้ และทำงานแข่งกับเวลา ที่ผ่านมา สวทช, สนับสนุนการทำงานของแพทย์ พยาบาล และบุคลากรทางการแพทย์ ทั้งเรื่องการตรวจยืนยัน ตรวจติดตาม และประเมินความเสี่ยง เช่น แอปพลิเคชัน DDC-Care เพื่อติดตามและประเมินผู้ที่มีความเสี่ยงต่อโรคติดเชื้อโควิด-19 ซึ่งกรมควบคุมโรคได้นำไปใช้ในพื้นที่จริง และช่วยแบ่งเบาภาระให้กับบุคลากรทางการแพทย์ได้เป็นอย่างดี นอกนากนี้ สวทช. ยังพัฒนาแอปพลิเคชัน […]